专利名称：低功率超声波流量测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量测量方法，以及一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量计。
背景技术：
超声波流量计是公知的，且通常分为两类，即时差式(transit time)超声波流量计和多普勒超声波流量计。
图1图示了用于测量通过管10的流体的流量的典型时差式超声波流量计的操作。箭头X示出了流体的流量方向。该超声波流量计使用了附着于管10的外表面16的一对超声波换能器12和14。换能器12和14设置在管10的相对侧，相隔距离L，其中第一换能器12在上游位置，而第二换能器14在下游位置。
为进行下游流量测量，相对于流量方向X以角度θ从上游换能器12向下游换能器14发射下游超声波信号Y。测量出下游信号Y到达下游换能器14的传播时间td。
同样，为进行上游流量测量，相对于流量方向X以角度θ从下游换能器14向上游换能器12发射上游超声波信号Z。测量出上游信号Z到达上游换能器12的传播时间tu。
传播时间tu和td由下式得到 其中c为流体中的声音速度，v为流速。于是，传播时间之差Δt由下式得到 通常，声音速度远大于流速(即，v＜＜c)。例如，与典型的流速0.01至4ms-1相比，20℃的纯水具有1482ms-1的声音速度。因此，等式(4)近似于 而且，声音速度可根据上游和下游传播时间tu和td的平均来计算 因此，将等式(7)代入等式(5)，可根据所测量的传播时间来计算流速，如以下所示 超声波流量计可以以多种方式来实施。最为常见的是将其用在不能使用替选测量技术或要求高性能的工业应用中。然而，这种工业超声波流量计由于其物理限制、功率消耗或制造成本，而不适合于大量生产或消费者市场。
本发明的目的是克服工业超声波流量计的限制，以及提供一种能够以低功率工作的超声波流量测量的方法和系统。尤其是，期望提供一种能够利用电池工作达10年之久并能够以低成本制造的系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量测量方法，该方法包括提供超声波流量计，该超声波流量计包括微处理器、时钟以及一对用于发射穿过流体的信号并接收所发射的信号的超声波换能器对；以时钟所测量的时间间隔将超声波流量计从无源状态切换到有源状态，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于在有源状态下超声波流量计所使用的功率量；执行超声波流量测量周期；以及在超声波流量测量周期完成后将超声波流量计从有源状态切换至无源状态。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量计，该超声波流量计具有无源状态和有源状态，在有源状态中执行超声波流量测量周期。该超声波流量计包括一对用于发射穿过流体的信号并接收所发射的信号的超声波换能器，超声波换能器在超声波流量计的有源状态下可操作，而在无源状态下不可操作；时钟，可在超声波流量计的有源和无源状态下操作；以及微处理器，可用于以时钟所测量的时间间隔将超声波流量计从无源状态切换至有源状态，该微处理器还用于在超声波流量测量周期完成之后将超声波流量计从有源状态切换至无源状态；超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于在有源状态下所使用的功率量。
因此，本发明提供用于低功率超声波流量测量的方法和设备，其使得用户能够确定管道中流体的流速和方向，并确定液体流量计中气流的周期或者气体流量计中的湿度周期。此外，本发明能够进行统计分析以提高精确度和性能，并针对流体粘度和温度的变化提供持续的校正。此外，本发明能够进行超声波流量计的自动自检测(self-test)，以及对电路器件中的漂移(drift)进行自动校准、自检验(self checking)和校正。
本发明的其它优选特征在所附权利要求中陈述。
现在利用参考附图的示例来对本发明的实施例进行描述，在附图中 图1图示了用于测量穿过管的流体的流量的典型时差式超声波流量计的操作； 图2是根据本发明实施例的超声波流量计的示意性表示； 图3示出了超声波流量测量周期的一部分的定时；以及 图4a和4b示出了发射和接收的信号以及来自相位比较器的输出信号。
具体实施例方式 图2是根据本发明实施例的超声波流量计20的示意性表示。超声波流量计20可用于测量管道中流体的流率。
超声波流量计20包括具有内部时钟24的低功率微处理器22。该内部时钟电路使用外部低频晶体振荡器来确保时间和温度的稳定性，通常使用32kHz的钟表晶体(watch crystal)。在替选实施例中，时钟24不必在微处理器内部。超声波流量计还包括快速时钟26、时钟分频器(clockdivider)28、移相器30、超声波换能器阵列32、门34、放大器36、比较器37、计数器38、相位比较器40、电流源42、电容器44，以及读取装置46。微处理器22是系统的心脏，控制超声波测量过程中的所有各个步骤的定时。
如现有技术中那样设置超声波换能器阵列32，使得阵列32中的换能器能够发射穿过流体的信号并接收所发射的信号。阵列32包括至少一对超声波换能器，每对超声波换能器共同形成相应的发射器-接收器对。优选地，所述对中的每个换能器可接收和发射超声波信号。然而，还应预见到可提供单独的换能器来完成发射和接收功能。如在现有技术中一样，换能器对可固定在管道外表面的相对侧，一个换能器在上游位置，一个换能器在下游位置。这样，一对上游和下游传播时间测量结果将使得能够计算管道中的流体的流速。超声波换能器阵列32可经由复用器连接到微处理器32，其允许任何换能器在任何时候以任何组合连接到发射器或接收器电路。
在使用中，超声波流量计20具有两个工作状态执行超声波流量测量周期的有源状态，以及无源状态。超声波流量计在无源状态下使用很小的功率，使得超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于在有源状态下所使用的功率量。优选地，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量比在有源状态下所使用的功率量小至少一个数量级。更为优选地，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量比在有源状态下所使用的功率量小至少两个数量级。更为优选地，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量比在有源状态下所使用的功率量小至少三个数量级。
在大部分时间里，超声波流量计20处于无源状态下，在该状态下，各个器件(包括快速时钟26、放大器36以及读取装置46)被来自微处理器22的禁止信号所禁止。这些不同器件被优选地选择，使得当被禁止时汲取很小的电流。内部时钟24在超声波流量计20的有源和无源两个状态下都以超低功率运行。
在时间间隔T1，内部时钟24向微处理器22发送中断信号。当在时刻t1接收到该中断信号时，微处理器22将超声波流量计20从无源状态切换至有源状态，以便执行超声波流量测量周期。
如图3所示，在超声波流量测量周期的开始，微处理器22在时刻t1发送使能信号S1到快速时钟26。当在时刻t1接收到使能信号S1时，快速时钟26开始输出具有该快速时钟26的频率和周期的快速时钟信号S2。快速时钟26的频率高于阵列32中的换能器的谐振频率。
于是，出现稳定延迟T2，使得微处理器22和快速时钟26稳定。优选地，微处理器22和快速时钟26在小于10μs内启动，其大大快于在100ms和10s之间的典型晶体振荡器启动时间。在稳定延迟T2之后，微处理器22发送由快速时钟26计时(clock)的清除信号S3。清除信号S3在时刻t2具有多种效果。
首先，微处理器清除信号S3在时刻t2重置并激活时钟分频器28。因此，时钟分频器28开始获取以快速时钟频率来自快速时钟26的输入信号S2。时钟分频器28用于细分该输入信号，以便开始以阵列32中的换能器的(较低)谐振频率来提供数字输出信号S4。
其次，微处理器清除信号S3在时刻t2重置并激活移相器30。具体地，移相器30的相移被置为0，且时钟分频器28的输出信号S4穿过移相器30到达换能器阵列32。由于相移为0，应理解移相器30在该阶段仅为可选的。替代地，在时刻t2，时钟分频器28的输出信号S4可以直接传递给换能器阵列32。
再次，在时刻t2，微处理器22使阵列32中的发射换能器能够向其对应的接收换能器发射从移相器30接收的信号S4。信号S4以换能器频率被发射。可选地，根据应用可使用多对换能器。这样，在一些应用中，所发射的信号S4可以被多个发射换能器同时发射。
最后，微处理器清除信号S3在时刻t2重置并启动计数器38。计数器38的计数S5由快速时钟26来计时。
在时刻t3，微处理器22发送信号给换能器阵列32，以终止发射换能器对信号S4的发射。这样，所发射的信号S4具有由T3＝t3-t2得到的有限持续时间T3。有限持续时间T3由微处理器来计算，使得其短于从发射换能器到接收换能器的信号的最小预期传播时间。
在所发射的信号S4基于所预期的最快流体声音速度应该到达接收换能器之前不久，微处理器22发送信号S6到换能器阵列32以激活接收换能器。同时，信号S6从微处理器22发送到放大器36，以便在此时激活放大器36。
所接收的信号S7由初始部分以及后面部分构成，初始部分包括伪信号S8，后面部分包括以换能器频率所发射的信号S4的接收型式S9。所接收的信号S7被传递给放大器36。放大器36包括滤波器(未示出)，该滤波器仅允许具有换能器频率的信号通过。然后，该经滤波的信号被放大器36放大以产生放大信号。放大器36被设计成工作在宽范围的信号电平上，同时保持进入信号S9的正确相位和频率。
伪信号S8是由于给接收器链加电造成的。因此，为了去除伪信号S8，所接收的信号在通过放大器36之后通过门34。门34作为开关，通过使用简单的门控功能来防止接收周期中早期的信号触发测量。因此，在微处理器22的控制下，门34抑制所接收信号S7的初始部分，而门34输出的信号仅仅是信号S9(所发射信号S4的接收型式)的放大型式。
所放大的门控信号S10接着穿过比较器37以产生放大信号S10的数字型式S11。如下所述，数字信号S11以多种方式被使用。
首先，数字信号S11用于停止计数器38。具体地，数字信号S11的第一沿(上升或下降)在时刻t4停止计数器38。这样，计数器38提供所发射的信号S4在发射和接收换能器之间的传播时间测量。由于计数器38由快速时钟26来计时，因此计数器38测量到最近的快速时钟周期的传播时间。所测量的传播时间T4由T4＝t4-t2得到。
另外，使用数字信号S11作为到相位比较器40的输入之一。到相位比较器40的另一输入是数字发射信号S4的无端接(non-terminated)参考型式。如图4所示，相位比较器40用于比较这两个输入信号S4和S11的相位，以提供脉冲输出信号S12。
参见图4，所发射和接收信号之间的相位差在图4a中相对较小，在图4b中相对较大。脉冲输出信号S12在数字发射信号S4的上升或下降沿升高，在数字(接收)信号S11的上升或下降沿降低。脉冲输出信号S12的脉冲宽度w根据数字发射信号S4和数字(接收)信号S11之间的相位差而变化。因此，图4a中的脉冲宽度w较小，而图4b中的脉冲宽度w较大。
在优选实施例(图4中未示出)中，用于第一超声波流量测量的脉冲信号S12基于信号S4和S11的上升沿来产生，然后，对于下一次超声波流量测量，脉冲信号S12基于信号S4和S11的下降沿来产生。这种使用交替的上升和下降沿的方法使得消除了所接收信号S9的形状、质量或频率的任何轻微变化所引起的效应，不过如果仅使用一个沿，则有可能存在偏移误差。
脉冲信号S12用于对电流源42进行门控，该电流源42提供恒定的电流以对电容器44进行充电。当电容器44被充电，电压S13在电容器44上增大。电压S13与两个信号S4和S11之间的相位差有关。
在时刻t5，微处理器22去激活(deactivate)阵列32中的换能器。同样，此时，所有其它的器件(除了内部时钟24、电容器44以及读取装置46外)都被微处理器22去激活。
当电容器44完成充电后，微处理器指示读取装置46读取电压。读取装置46可以是模数转换器(ADC)，比如16比特ADC。这提供了与相位差有关的很高精度的电压测量。
为了进一步改进上述的相移测量技术，通过调节所发射信号S4的相位，可包括额外的相移。该额外的相移在所发射信号S4被馈送到相位比较器40之前由移相器(未示出)引入。该额外相移的构思是为了粗略地调节相移，使得在相位差为零的零流量时有约180°的相移。这意味着，在零流量时，所测得的电压近似地处于可通过对电容器充电来产生的电压范围的中心。当流量增加时，在一个流量方向上获得的电压将增加，而在另一个流量方向上获得的电压将下降大约相同的量。基于预期的流率，该系统被设计成使得相位差测量结果避开0°和360°以避免环绕(wrap-around)问题。
一旦电压被读取，电容器44在时刻t6被放电。读取装置46也在此时停止运行。所有其它器件(除微处理器22和内部时钟24外)之前都已停止运行。微处理器继续工作一段时间以便利用所测得的值来执行数学函数。具体地，电压测量结果和计数器传播时间测量结果随后被结合以得到信号传播时间的更精确的测量结果。
这样一次测量就结束了。然而，如在背景部分所描述的，需要至少一对测量(上游测量和下游测量)来确定流速。图3仅示出了一对测量中的第一测量。然而，应理解，可以以基本相同的方式进行第二测量，其中接收和发射换能器相交换。
此外，单个测量对不可能独立地给出精确结果。通常，短的取样时间以及流体中颗粒和/或气泡的存在意味着需要先前测量的统计历史以得到精确和可用的输出。典型地，测量结果将与先前的测量结果进行平均以削减变化。另外，如果测量结果与其附近的那些测量结果显著不同，则该测量结果将被拒绝，如所接收的信号的定时或幅度与其附近的所接收信号不同情况下的测量结果。实际上，这使得即使在输入情况不理想时也有很稳定的平均。
一旦已经进行所需要的读取，且微处理器已经执行了所需要的数学函数，则超声波流量测量周期完成。因此，微处理器20将超声波流量计20从有源状态切换到低功率无源状态。
优选地，完成超声波流量测量周期所用的时间段T6小于时间间隔T1的一半。因此，超声波流量计在小于该时间的一半的时间内处于有源状态，因此汲取更小的功率。
优选地，间隔T1小于针对流率的显著变化所预期的时间范围(timescale)。这样，超声波流量计20提供明显连续的操作。
优选地，完成超声波流量测量周期所用的时间段T6在约20μs和200μs之间，而时间间隔T1在约1ms和100ms之间。
在优选实施例中，时间间隔T1为2.5，7.5，15或30ms。然而，可以根据超声波流量计20的期望平均功耗而使用替选值。
该实施例中所描述的定时对于跨50mm的水使用2MHz换能器的系统来说是典型的。然而，应理解，该实施例纯粹是示例性的，该定时和数字逻辑函数可以容易地调节到所需要的任何频率或管尺寸以及流体类型。
优选地，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量是在有源状态下所使用的功率量的至多一百分之一。更为优选地，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于约100μW，而在有源状态下所使用的功率量在约10mW和100mW之间。
在超声波流量计20的优选实施例中，假定典型的锂C电池工作10年，60μA或更小的平均电流消耗是可能的。例如，对于具有30ms的间隔T1以及65μs的测量时间段T6的超声波流量计20，该超声波流量计20在无源状态期间的静态电流为12μA或更小，该超声波流量计20在有源状态期间的工作电流为20mA，则平均工作电流为55μA。典型的流量计在从0℃至85℃的温度范围上将工作达到±2％的精确度。
可以使用根据本发明实施例的超声波流量计作为超声波流量测量系统的基础，通过改变软件参数，该超声波流量测量系统能够用于宽范围的温度、与管尺寸无关的宽范围的流率、与流率无关的宽范围的管尺寸，以及用在任何数量的导声流体上。
需要解决多种应用问题以确保超声波流量计在可能遇到的应用范围内持续的精确性。
第一个应用问题是校正过程流体、温度或粘度的变化的能力。实际上，由于所使用的时差方法，作用在所测量的传播时间上的唯一物理效应是由流体的声音速度(其可受到先前提到的物理变化中的任何一个的影响)的变化而引起的。因此，可以如等式(7)所示，通过对至少一对上游和下游定时测量结果取平均来可计算流体的声音速度，以消除由于流量所引起的效应。因此，根据等式(8)所计算的流量速度与过程流体、温度和粘度的变化无关。
另一应用问题涉及在确定相位差时电容器44的使用。模拟器件比如电容器44会对器件容限、温度漂移和老化特别敏感。为了防止其影响测量结果，超声波流量计20优选地能够在测试模式下运行。在该测试模式下，移相器30用于产生两个信号参考发射信号以及该参考信号的移相型式。然后，使用这两个信号作为到相位比较器40的输入。换句话说，使用所述参考发射信号的移相型式作为所接收的信号。然后，相位比较器40、电流源42、电容器44以及读取装置46用于测量电容器44上的电压，根据该电压可以计算所测量的相位差。该测量的相位差可随后与移相器30所施加的实际已知相位差进行比较。所测量的相位差与相位差的实际值可随后用于校正模拟电路中的变化。
通过将所发射的信号直接路由到接收换能器，超声波流量计20可以执行完整的自检验。所述路由可以例如使用复用器来进行。使用上述的模拟器件测试方法，超声波流量计20能够确定其自身的性能而无需利用流动的流体。如果偏离预期结果，则可以应用校正因子。优选地，如果偏离大于所指定的可接受水平，则超声波流量计20可通知用户并停止运行以避免不正确的测量。
又一应用问题涉及液体管中的气体(或气体管中的液体)问题。在这种情况下，超声波信号在从发射换能器传播到接收换能器的同时可能被衰减。为减轻该问题，超声波流量计可用于测量所接收信号的幅度，以及如果对于预定次数的测量，所测量的幅度低于预定阈值，那么时间间隔的长度可增加。这使得节约了由于长期的信号衰减而消耗的功率。
又另一应用问题涉及快速时钟26。该快速时钟电路使用快速启动、温度和时间稳定振荡器以确保持续的精确性。可周期性地在快速时钟测试步骤中测试该振荡器的性能，其中，计数器38用于针对内部时钟24的特定数量的时钟周期来测量快速时钟周期数。如上所述，内部时钟电路使用外部低频晶体振荡器，比如32kHz钟表晶体，以确保时间和温度的稳定性。然后，从校准条件的偏离可被校正。
为了提高精确度，可提供附加的若干对超声波换能器，其可用于发射穿过流体的信号，并接收所发射的信号。在该实施例中，多个换能器对测量结果可被处理并被加权以提供改进的流量信息，或者多个换能器对能够工作在不同的频率以改进更低流量时的性能或改进超声波传输。其典型示例是用于测量大孔中的流量的超声波流量计，其中白天的使用率可能更高但更易变，而夜间使用则需要较低的工作范围，在夜间流量更为稳定但很低。在这种情况下，可使用一组换能器来确定设计范围的10-100％的流量，当流量低于预期范围的10％时，使用具有更高敏感度的第二组换能器。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，应理解其仅作为示例，并且可构思出不同的变化。
权利要求
1.一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量测量方法，所述方法包括
提供超声波流量计，所述超声波流量计包括微处理器、时钟以及一对用于发射穿过所述流体的信号并接收所发射的信号的超声波换能器；
以所述时钟所测量的时间间隔将所述超声波流量计从无源状态切换到有源状态，所述超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于所述超声波流量计在有源状态下所使用的功率量；
执行超声波流量测量周期；以及
在所述超声波流量测量周期完成后，将所述超声波流量计从有源状态切换至无源状态。
2.如权利要求1所述的方法，其中，执行超声波流量测量周期包括进行至少一对超声波流量测量，一对超声波流量测量包括上游超声波流量测量和下游超声波流量测量。
3.如权利要求2所述的方法，其中，进行超声波流量测量包括
相对于流量的主导方向以非90度的角度穿过流体从一个超声波换能器发射信号到另一超声波换能器，所发射的信号具有发射频率；
终止所述信号的发射，使得所发射的信号具有有限的持续时间，所述持续时间小于所述信号从所述一个超声波换能器到所述另一超声波换能器的预期最小传播时间；以及
在所述另一超声波换能器上接收所发射的信号，所述信号的传播时间为所述信号从所述一个超声波换能器传播到所述另一超声波换能器所用的时间。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述一个超声波换能器位于所述另一超声波换能器的上游，因此所述超声波流量测量为下游超声波流量测量。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述一个超声波换能器位于所述另一超声波换能器的下游，因此所述超声波流量测量为上游超声波流量测量。
6.如权利要求3-5中任意一项所述的方法，还包括提供快速时钟，所述进行超声波流量测量的步骤还包括
利用由所述快速时钟计时的计数器来测量所述传播时间；以及
至少部分地基于所测得的传播时间来计算流率。
7.如权利要求3-6中任意一项所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括放大所接收信号的至少一部分的步骤，经放大的信号的相位与所接收的信号的相位相同。
8.如权利要求3-7中任意一项所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括以下步骤
比较所发射和所接收的信号的相位；以及
至少部分地基于所述相位比较的结果来计算流率。
9.如权利要求8所述的方法，其中，在所述相位比较步骤之前对所发射的信号的相位进行调节，使得所述相位比较步骤的结果在零流率时约为180°。
10.如权利要求9所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括提供脉冲信号的步骤，所述脉冲信号的脉冲宽度根据所述相位比较步骤的结果而变化。
11.如权利要求10所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括使用所述脉冲信号对电容器进行充电的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括测量所述电容器上的电压的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述流率至少部分地基于所测量的电压来计算。
14.如权利要求11-13中任意一项所述的方法，其中，进行超声波流量测量还包括对所述电容器进行放电的步骤。
15.如权利要求2-14中任意一项所述的方法，其中，执行超声波流量测量周期还包括
至少部分地基于至少一对超声波流量测量结果的平均来计算所述流体中的声音速度；以及
至少部分地基于所计算的声音速度来计算所述流率。
16.如权利要求2-15中任意一项所述的方法，其中，执行超声波流量测量周期包括
进行多对超声波流量测量；
对多个上游超声波流量测量结果进行平均以提供平均上游超声波流量测量结果；以及
对多个下游超声波流量测量结果进行平均以提供平均下游超声波流量测量结果。
17.如权利要求2至15中任意一项所述的方法，其中，执行超声波流量测量周期包括
进行多对超声波流量测量；
计算多个流率，每个所计算的流率至少部分地基于相应的一对超声波流量测量结果；以及
对所计算的多个流率进行平均以提供平均流率。
18.如权利要求3至17中任意一项所述的方法，还包括测试测量步骤，在所述测试测量步骤中，使用所发射的信号的相移型式作为所接收的信号。
19.如权利要求6或从属于权利要求6时的权利要求7至18中任意一项所述的方法，还包括快速时钟测试步骤。
20.如权利要求3至19中任意一项所述的方法，还包括以下步骤
测量所接收信号的幅度；以及
如果对于预定次数的测量，所测量的幅度低于预定阈值，则增加所述时间间隔的长度。
21.如前述任一权利要求所述的方法，还包括提供附加的多对超声波换能器，其可用于发射穿过所述流体的信号并接收所发射的信号。
22.一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量计，所述超声波流量计具有无源状态和有源状态，在有源状态中执行超声波流量测量周期，所述超声波流量计包括
一对超声波换能器，可用于发射穿过所述流体的信号并接收所发射的信号，所述超声波换能器在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作；
时钟，既可在所述超声波流量计的有源状态下操作，也可在所述超声波流量计的无源状态下操作；以及
微处理器，可用于以所述时钟所测量的时间间隔来将所述超声波流量计从无源状态切换至有源状态，所述微处理器还可用于在超声波流量测量周期完成之后，将所述超声波流量计从有源状态切换至无源状态；
所述超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于在有源状态下所使用的功率量。
23.如权利要求22所述的超声波流量计，其中，一个超声波换能器可用于相对于流量的主导方向以非90度的角度发射穿过所述流体的信号，所发射的信号具有有限的持续时间，另一超声波换能器可用于接收所发射的信号，所述信号的传播时间为所述信号从所述一个超声波换能器传播到所述另一超声波换能器所用的时间。
24.如权利要求23所述的超声波流量计，其中所述微处理器可用于控制所发射的信号的定时和持续时间，使得所述持续时间小于所述传播时间。
25.如权利要求23或权利要求24所述的超声波流量计，还包括
快速时钟，其连接到所述微处理器，所述快速时钟在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作；以及
计数器，其可用于测量所述传播时间，所述计数器由所述快速时钟计时，所述计数器在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作。
26.如权利要求25所述的超声波流量计，其中，所述微处理器可用于至少部分地基于所测量的传播时间来计算所述流率。
27.如权利要求23至26中任意一项所述的超声波流量计，还包括放大器，所述放大器可用于放大由所述另一换能器所接收的信号的至少一部分，所放大的信号的相位与所接收的信号的相位相同，所述放大器在所述超声波流量计的有源状态下可操作，在所述无源状态下不可操作。
28.如权利要求23至27中任意一项所述的超声波流量计，还包括相位比较器，所述相位比较器可用于提供根据所发射的信号和所接收的信号之间的相位差而变化的输出，所述相位比较器在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作。
29.如权利要求28所述的超声波流量计，还包括移相器，以便在所发射的信号被输入到所述相位比较器之前调节所发射的信号的相位，所述移相器在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作。
30.如权利要求28或权利要求29所述的超声波流量计，其中，所述相位比较器的输出为脉冲信号，所述脉冲信号的脉冲宽度根据所述相位差而变化。
31.如权利要求28至30中任意一项所述的超声波流量计，其中，所述相位比较器的输出可用于对电容器进行充电。
32.如权利要求31所述的超声波流量计，还包括连接到所述电容器的读取装置，所述读取装置可用于读取所述电容器上的电压，所述读取装置在所述超声波流量计的有源状态下可操作，并且在所述无源状态下不可操作。
33.如权利要求32所述的超声波流量计，其中，所述微处理器可用于至少部分地基于所读取的电压来计算所述流率。
34.如前述任一权利要求所述的发明，其中，完成超声波流量测量周期所用的时间段小于所述时间间隔的一半。
35.如前述任一权利要求所述的发明，其中，完成超声波流量测量周期所用的时间段在约20μs和200μs之间，并且所述时间间隔在约1ms和100ms之间。
36.如前述任一权利要求所述的发明，其中，所述间隔小于针对所述流率的显著变化所预期的时间范围。
37.如前述任一权利要求所述的发明，其中所述超声波流量计在无源状态下所使用的功率量是在有源状态下所使用的功率量的至多一百分之一。
38.如前述任一权利要求所述的发明，其中所述超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于约100μW，而在有源状态下所使用的功率量在约10mW和100mW之间。
全文摘要
本发明描述了一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量测量方法，该方法包括提供超声波流量计，该超声波流量计包括微处理器、时钟以及一对用于发射穿过流体的信号并接收所发射的信号的超声波换能器；以时钟所测量的时间间隔将超声波流量计从无源状态切换到有源状态，超声波流量计在无源状态下所使用的功率量小于超声波流量计在所述有源状态下所使用的功率量；执行超声波流量测量周期；以及在超声波流量测量周期完成后将超声波流量计从有源状态切换至无源状态。本发明还描述了一种用于测量管道中流体的流速的超声波流量计。
文档编号G01F1/66GK101248331SQ200680029473
公开日2008年8月20日 申请日期2006年8月3日 优先权日2005年8月13日
发明者洛世民 申请人:富利达流计仪有限公司