专利名称：检测超声波在测流速中飞行时间的方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波仪器的检测方法，具体涉及ー种超声波飞行时间的检测方法。
背景技术：
超声波在媒质中传播时，其传播的时间会受到流体流动速度的影响。当声波和流体传播方向相同时，声波飞行时间会减小；当声波和流体传播反向时，声波的飞行时间会增カロ。声速，流体速度，和飞行时间的关系如下
/I =·
^+V其中t为声波飞行时间，c为声速，V为流体流速，L为距离。只要测得声波飞行时间，则可求出流体流速。进而也可以计算流体流量。因此超声波飞行时间的检测是超声波风速仪，超声波流量计等仪器的重要測量物理量。现有技术ー(阈值比较法)目前，超声波飞行时间的检测最广泛使用的方法是声波阈值检测法。其结构基本如图I所示。处理器首先向超声波驱动电路发送方波，此时开始启动处理器内部的计数器进行计数。驱动电路将方波放大并驱动超声波发射器，向流体媒质中发射超声波。超声波在流体中飞行一段时间后进入接收传感器，接收到的波形如图2。当接收的波形经过硬件的电压阈值比较后，转换成方波。当处理器检测到方波的上升沿时，处理器内部的计数器停止计数。此时计数器所计的时间即为超声波传播的时间。现有技术ニ (相位法)除了技术ー以外，目前在超声波流速測量中使用比较多的还有相差法。当媒介中的流体静止时，超声波探头接收到的波形是一条正弦曲线或者余弦曲线。当流体发生流动时，超声波的飞行时间变化，接收到的波形和原有波形发生一定相差#。通过模拟或者数字鉴相器測量这个相位差来计算超声波的飞行时间，如图3所示。现有技术ー是目前超声波流速或者流量測量里最广泛的方法。但为了保证测量精度，就需要使用中心频率较高的高频超声波换能器，増加了产品成本。且由于超声波的接收波形幅值会由于流速的变化而改变，因此在电压阈值比较的时候可能会出现声波整周期的计算误差。现有技术ニ在实际产品中也有一定应用。如果使用单频的相位差来计算飞行时间，则所测飞行时间的变化范围只能在一个超声波周期内，測量范围较小，很难满足实际应用的要求。也有使用多频法测量的方法，但都停留在理论阶段，很难用于实际应用。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供效果更好的检查超声波在测流速中飞行时间的方法。考虑到现有技术的上述问题，根据本发明的ー个方面，为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案一种检测超声波在测流速中飞行时间的方法，包括以下步骤步骤1，处理器发送为频率も的超声波信号，经过驱动电路驱动放大以后，再由超声波发射器发射出；同时，计数器开始计数；步骤2，计数器的计数一段时间为b后停止计数；步骤3，，接收传感器将接收到的为频率も的超声波信号经模拟电路放大和滤波处理后传送给模数转换器；步骤4，模数转换器将转化后的超声波数字信号发送给处理器，在所述处理器中完成频率も的相位差的计算;本步骤中，相位差A的=(pn -(p0l，其中当超声波在媒质中传播一段时间后，接收到的波形相位差在媒质静止情况下为〃当媒质为流体时，接收到的波形相位差为炉u ；步骤5，由步骤I中所述的处理器发出频率f2的超声波信号，所述频率f2的超声波经过驱动电路驱动放大以后，再由超声波发射器发射出；同时，计数器开始计数；步骤6，所述计数器的计数一段时间为b后停止计数；步骤7，在所述计数器停止计数后，接收传感器将接收到的为频率f2的超声波信号经模拟电路放大和滤波处理后传送给模数转换器；步骤8，所述模数转换器再将转化后的超声波数字信号发送给处理器，在所述处理器中完成频率f2的相位差计算；本步骤中，相位差A外=例2 -%2，其中其中当超声
波在媒质中传播一段时间后，接收到的波形相位差在媒质静止情况下カ乳2，当媒质为流体
时，接收到的波形相位差为炉12 ；步骤9，根据两个频率も和f2的相频关系推导计算没有相位偏移量时的传播时间
L(^ + 2kw _ + 2k%x
......其中k 和 k’ 为…-2，-1,0，1,2...或在实际测量中相位会因为存在偏移误差，设此偏移误差全部产生在k%上且偏移量为叫则传播时间为
权利要求
1.一种检测超声波在测流速中飞行时间的方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，处理器发送为频率fi的超声波信号，经过驱动电路驱动放大以后，再由超声波发射器发射出；同时，计数器开始计数； 步骤2，计数器的计数一段时间为h后停止计数； 步骤3，接收传感器将接收到的为频率的超声波信号经模拟电路放大和滤波处理后传送给模数转换器； 步骤4，模数转换器将转化后的超声波数字信号发送给处理器，在所述处理器中完成频率4的相位差Δ#|的计算；本步骤中，相位差Δ约= P11，其中当超声波在媒质中传播一段时间后，接收到的波形相位差在媒质静止情况下为，当媒质为流体时，接收到的波形相位差为P11 ； 步骤5，由步骤I中所述的处理器发出频率f2的超声波信号，所述频率f2的超声波经过驱动电路驱动放大以后，再由超声波发射器发射出；同时，计数器开始计数； 步骤6，所述计数器的计数一段时间为h后停止计数； 步骤7，在所述计数器停止计数后，接收传感器将接收到的为频率f2的超声波信号经模拟电路放大和滤波处理后传送给模数转换器； 步骤8，所述模数转换器再将转化后的超声波数字信号发送给处理器，在所述处理器中完成频率4的相位差Aft计算；本步骤中，相位差=仍2其中当超声波在媒质中传播一段时间后，接收到的波形相位差在媒质静止情况下为％2，当媒质为流体时，接收到的波形相位差为炉12 ； 步骤9，根据两个频率和f2的相频关系推导计算没有相位偏移量时的传播时间
2.根据权利要求I所述的检测超声波在测流速中飞行时间的方法，其特征在于，步骤I中所述的处理器为FPGA。
3.根据权利要求I所述的检测超声波在测流速中飞行时间的方法，其特征在于，步骤I中所述的处理器为CPLD。
4.根据权利要求I所述的检测超声波在测流速中飞行时间的方法，其特征在于，所述频率f的相位差Δ鐵计算采用DFT运算方法。
5.根据权利要求I所述的检测超声波在测流速中飞行时间的方法，其特征在于，所述频率f2的相位差Ιψχ计算米用DFT运算方法。
全文摘要
本发明公开了一种检测超声波在测流速中飞行时间的方法，属于超声波仪器的检测技术领域，其技术方案采用了双频超声波相位检查的方法计算超声波飞行时间，有效增加了仪器测量的量程。并且不同于其他多频超声波测量方法，在对传感器存在相位漂移的情况给出了解决办法，使其在超声波流速或者流量的检查中更有实用性。
文档编号G01P5/24GK102866261SQ20121034450
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者姜雨廷, 朱小波, 罗钧周 申请人:成都成电电子信息技术工程有限公司