专利名称：一种相位差式超声波流量计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种相位差式超声波流量计量装置，特别是一种利用超声波原理 检测流体流量或流量控制的超声波流量计量装置。
背景技术：
超声波在某一测量介质中的传播速度与在此介质中的声速及流体速度有关，超声 波流量计量装置是利用超声波在顺水和逆水中的传播速度不一致的载流效应原理来测量 流体流速的。随着电子元件的成本和超声技术的成熟，超声波流量计量装置的制造成本大 大降低，并且这种仪表具有非接触式测量、测量范围宽、安装维护方便等特点，使广大用户 越来越关注该新型的流量计量方式。现有的超声波流量计仪表，多采用进口集成时差法芯 片来实现流量的计量，该方法成本高、对单片机的要求高，且受信号强弱影响大。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种相位差式超声波流量计量装置。它计量方便，不 易受信号强弱影响，且对单片机的要求比较低。本实用新型的技术方案一种相位差式超声波流量计量装置，其特征在于包括 安装在管道内或者管道边缘的超声波换能器A和超声波换能器B ；超声波换能器A和超声 波换能器B经过被单片机控制的多路选择器或者模拟开关与被单片机控制的超声波发射 驱动电路和超声波相位差法接收处理电路相连。前述的相位差式超声波流量计量装置中，所述超声波发射驱动电路包括分频电路，与单片机相连，用于给超声波换能器A或超声波换能器B提供工作频 率；负压产生电路和正弦波发生电路，用于将分频电路提供的工作频率转化为驱动超 声波换能器A或超声波换能器B工作的正弦信号；多路选择器或者模拟开关，与单片机相连，用于控制超声波换能器A和超声波换 能器B的工作状态。所述的分频电路可以是任何具有分频功能的电路或集成芯片；所述的负压产生电 路可以是任何具有能产生负电压功能的电路或集成芯片；所述的正弦波发生电路可以是任 何具有能产生正弦波信号的电路或集成芯片。前述的相位差式超声波流量计量装置中，所述超声波相位差法接收处理电路包 括鉴相器电路，用于获取超声波换能器B或超声波换能器A接收到的信号Sl和与驱 动超声波换能器A或超声波换能器B发射工作相同的信号S2之间的相位差信号Fl或F2 ；F/V转换电路，将鉴相器电路得出的相位差信号转化为一个稳定的电压，并经过 ADC模数转换电路与单片机相连；分频电路，用于给鉴相器电路提供与驱动超声波换能器A或超声波换能器B发射工作相同的信号S2;多路选择器或者模拟开关，与单片机相连，用于控制超声波换能器B和超声波换 能器A的工作状态。前述的鉴相器电路可以是任何具有同鉴相器功能类似的电路或者集成芯片；所述 的F/V转换电路可以是任何具有能将脉宽的时间(频率)信号转换为电压的电路或者集成 芯片；所述的ADC模数转换电路可以是任何具有模拟信号转换为数字信号功能的电路或者 集成芯片，也包括内置ADC模数转换功能的单片机。前述的相位差式超声波流量计量装置中，所述超声波换能器A和超声波换能器B 为具有超声波发射和接收功能的传感装置。与现有技术相比，本实用新型使用分立器件实现一种相位差式的超声波流量计 量，不仅计量方便，不易受信号强弱影响，对单片机的要求比较低，而且具有低成本、低功耗 优点。
图1为本实用新型实施例的电路结构框图；图2为超声波换能器发射驱动电路结构框图；图3为超声波相位差法接收处理电路结构框图；图4为实现超声波相位差法测流速的信号波形示意图。附图中的标记为1-单片机，2-超声波发射驱动电路，3-超声波换能器A，4-超声波换能器B，5_超 声波相位差法接收处理电路，6-管道，7-分频电路，8-负压产生电路，9-正弦波发生电路， 10"多路选择器或者模拟开关，11-鉴相器电路，12-F/V转换电路，13-ADC模数转换电路。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型 限制的依据。实施例。一种相位差式超声波流量计量装置，如图1所示，包括安装在管道6内或 者管道6边缘的超声波换能器A3和超声波换能器B4 ；超声波换能器A3和超声波换能器B4 经过被单片机1控制的多路选择器或者模拟开关10与被单片机1控制的超声波发射驱动 电路2和超声波相位差法接收处理电路5相连。当测量顺流相位差时，假设超声波换能器 A3切换到发射工作状态，则超声波换能器B4切换到接收工作状态。当测量逆流相位差时， 反之，超声波换能器B4切换到发射工作状态，则超声波换能器A3切换到接收工作状态。切 换的工作状态是由单片机1通过多路选择器或者模拟开关10完成的。图1所示的是以超 声波换能器A3为发射端的等效工作状态结构图。超声波发射驱动电路2包括分频电路7，与单片机1相连，用于给超声波换能器A3或超声波换能器B4提供工 作频率；负压产生电路8和正弦波发生电路9，用于将分频电路7提供的工作频率转化为驱 动超声波换能器A3或超声波换能器B4工作的正弦信号；[0029]多路选择器或者模拟开关10，与单片机1相连，用于控制超声波换能器A3和超声 波换能器B4的工作状态。所述的分频电路7可以是任何具有分频功能的电路或集成芯片；所述的负压产生 电路8可以是任何具有能产生负电压功能的电路或集成芯片；所述的正弦波发生电路9可 以是任何具有能产生正弦波信号的电路或集成芯片。超声波相位差法接收处理电路5包括鉴相器电路11，用于获取超声波换能器B4或超声波换能器A3接收到的信号Sl 和与驱动超声波换能器A3或超声波换能器B4发射工作相同的信号S2之间的相位差Fl或 F2 ；F/V转换电路12，将鉴相器电路11得出的相位差信号转化为一个稳定的电压，并 经过ADC模数转换电路13与单片机1相连；分频电路7，用于给鉴相器电路11提供与驱动超声波换能器A3或超声波换能器 B4发射工作相同的信号S2;多路选择器或者模拟开关10，与单片机1相连，用于控制超声波换能器B4和超声 波换能器A3的工作状态。前述的鉴相器电路11可以是任何具有同鉴相器功能类似的电路或者集成芯片； 所述的F/V转换电路12可以是任何具有能将脉宽的时间(频率)信号转换为电压的电路 或者集成芯片；所述的ADC模数转换电路13可以是任何具有模拟信号转换为数字信号功能 的电路或者集成芯片，也包括内置ADC模数转换功能的单片机。超声波换能器A3和超声波换能器B4为具有超声波发射和接收功能的传感装置。本实用新型的工作原理单片机1输出一定频率的方波，经分频电路后获得驱动超声波换能器A3或超声波 换能器B4工作的频率段，该信号经过负压产生电路8和正弦波发生电路9产生一个驱动超 声波换能器A3或超声波换能器B4工作的正弦信号，通过单片机1控制多路选择器或者模 拟开关10选择超声波换能器A3或超声波换能器B4发射声波。如图2所示。如图3、图4所示，超声波相位差法接收处理电路5的工作原理是在顺流方向情 况下，通过单片机1控制超声波换能器B4处于接收工作状态，超声波换能器A3处于发射工 作状态，则该超声波换能器B4接收另一个与之对应的超声波换能器A3发射的声波；超声波 换能器B4接收到信号Si，同时单片机1输出一定频率的方波经过分频电路7后获得和驱 动超声波换能器A3发射工作的同样信号S2 ；Si、S2信号通过鉴相器电路11比较处理后获 得顺流方向的相位差Fl ；在逆流方向情况下，再切换超声波换能器A3处于接收工作状态， 超声波换能器B4处于发射工作状态，重复上述步骤，获得逆流方向的相位差F2。此相位差 Fl、F2信号通过F/V转换电路12得到一个稳定的电压，这个电压由ADC模数转换电路13获 取，从而推算出声路在顺逆流方向传播的时间相位差(AF = F1-F2)，再经单片机1的运算 处理便可得到流体的速度。如上所述的顺流方向与逆流方向是如下解释当超声波发射到接收的声路走向与 流体运动的方向相同则为顺流方向；当超声波发射到接收的声路走向与流体运动的方向相 反即为逆流方向。
权利要求1.一种相位差式超声波流量计量装置，其特征在于包括安装在管道(6)内或者管道 (6)边缘的超声波换能器A (3)和超声波换能器B (4)；超声波换能器A (3)和超声波换能器 B (4)经过被单片机(1)控制的多路选择器或者模拟开关(10)与被单片机(1)控制的超声 波发射驱动电路( 和超声波相位差法接收处理电路( 相连。
2.根据权利要求1所述的相位差式超声波流量计量装置，其特征在于，所述超声波发 射驱动电路⑵包括分频电路(7)，与单片机(1)相连，用于给超声波换能器A(3)或超声波换能器B(4)提 供工作频率；负压产生电路(8)和正弦波发生电路(9)，用于将分频电路(7)提供的工作频率转化为 驱动超声波换能器AC3)或超声波换能器B(4)工作的正弦信号；多路选择器或者模拟开关(10)，与单片机(1)相连，用于控制超声波换能器A(3)和超 声波换能器B (4)的工作状态。
3.根据权利要求1所述的相位差式超声波流量计量装置，其特征在于，所述超声波相 位差法接收处理电路( 包括鉴相器电路(11)，用于获取超声波换能器B(4)或超声波换能器A(3)接收到的信号Sl 与驱动超声波换能器AC3)或超声波换能器B(4)发射工作相同的信号S2之间的相位差Fl 或F2 ；F/V转换电路(12)，将鉴相器电路(11)得出的相位差信号转化为一个稳定的电压，并 经过ADC模数转换电路(13)与单片机(1)相连；分频电路(7)，用于给鉴相器电路(11)提供与驱动超声波换能器AC3)或超声波换能器 B (4)发射工作相同的信号S2;多路选择器或者模拟开关(10)，与单片机(1)相连，用于控制超声波换能器A(3)和超 声波换能器B (4)的工作状态。
4.根据权利要求1所述的相位差式超声波流量计量装置，其特征在于所述超声波换 能器AC3)和超声波换能器B(4)为具有超声波发射和接收功能的传感装置。
专利摘要本实用新型公开了一种相位差式超声波流量计量装置，其特征在于包括安装在管道(6)内或者管道(6)边缘的超声波换能器A(3)和超声波换能器B(4)；超声波换能器A(3)和超声波换能器B(4)经过被单片机(1)控制的多路选择器或者模拟开关(10)与被单片机(1)控制的超声波发射驱动电路(2)和超声波相位差法接收处理电路(5)相连。本实用新型使用分立器件实现一种相位差式的超声波流量计量，不仅计量方便，不易受信号强弱影响，对单片机的要求比较低，而且具有低成本、低功耗优点。
文档编号G01F1/66GK201828295SQ20102058038
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者朱新里, 贾灵, 陈秋煌 申请人:利尔达科技有限公司