矿用超声波流量传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用超声波流量传感器，属于流量检测领域，包括微处理器、第一超声波探头、第二超声波探头、驱动电路、本安电源电路、模拟开关切换电路、信号处理电路和计时电路，同时本实用新型还包括数据存储电路、复位电路和显示模块，本实用新型通过采用低压差分驱动技术、回波电压微弱信号放大与滤波技术、微处理器和复杂可编程逻辑器件的双核并行处理技术、高精度皮秒级的计时技术，实现了流量传感器的高精度、高可靠性和低功耗。
【专利说明】矿用超声波流量传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于流量检测领域，特别是涉及一种矿用超声波流量传感器。
【背景技术】
[0002]矿用超声波流量传感器是根据超声波在测量管道液体内传播的时差制成的一种测量液体流量的仪器。在超声波探头距离和测量管内径一定时，液体在管道中的流速与超声波沿液体内顺流和逆流传播时间之差存在一定的线性关系，而与其它物理参数无关。
[0003]矿用超声波流量传感器原理简单，国内外对矿用超声波流量传感器的研究较早，生产企业较多。但普遍存在以下问题:
[0004]1、现有的矿用超声波流量传感器一般均是管段式的流量传感器，超声波探头固定在某一段管道上，这样就会造成如下问题:一是由于需要将被测管道锯开进行法兰或其他联接安装，因此流量传感器只能用于某些特定的管径，使得其现场适用范围受到很大的限制；二是在某些特定的现场比如煤矿井下，其不能够进行使用。
[0005]2、抗干扰能力较差，在较复杂的环境下使用会造成测量不准确，甚至无法进行正常测量。
[0006]3、由于液体在流速较低时,其超声波在液体中顺向和逆向传播的时间差较小,大多数超声波流量传感器不能够进行低流速测量。
[0007]4、现有的超声波流量传感器多采用高电压(甚至到200V)驱动超声波探头，使得其功耗较高，并且限制了某些特定现场的使用。
实用新型内容
[0008]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量精度更高的超声波流量传感器。
[0009]为实现上述目的，本实用新型提供了一种矿用超声波流量传感器，包括微处理器、第一超声波探头、第二超声波探头、驱动电路和本安电源电路，所述本安电源电路用于向所述微处理器供电；所述微处理器双向连接有时序控制模块，所述时序控制模块的第一输出端连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路的输出端通过模拟开关切换电路连接第一超声波探头的信号输入端，所述第二超声波探头接收所述第一超声波探头发出的超声波信号，所述第二超声波探头的信号输出端通过所述模拟开关切换电路连接信号处理电路的输入端，所述信号处理电路的输出端连接所述时序控制模块的输入端，所述时序控制模块的第二输出端连接计时电路的输入端，所述计时电路的输出端连接所述微处理器的第一输入端。
[0010]采用以上技术方案，超声波探头内含压电陶瓷晶片，压电陶瓷晶片由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。驱动电路在时序控制模块的控制下产生脉冲波形激励第一超声波探头，信号处理电路将接收到的微弱的回波信号检测出来，并将提取的信号滤波放大，消除干扰，信号接收电路将每次发射的超声波信号进行接收处理，界定每次超声波传播的终点。计时电路测定每一次超声波传播的时间值，经过微处理器处理得到实时的液体流速值，再将其转换成此时被测管道的实时流量。
[0011]较佳的，所述驱动电路包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的输入端连接所述时序控制模块的第二输出端，所述光耦隔离电路的输出端连接COMS驱动电路的输入端，所述COMS驱动电路的输出端连接二极管保护电路的输入端，所述二极管保护电路的输出端通过模拟开关切换电路连接第一超声波探头的信号输入端。采用以上技术方案，驱动电路在时序控制模块的控制下产生脉冲波形激励超声波探头，其驱动电压低至16V，极大的降低了功耗。
[0012]较佳的，所述信号处理电路包括中频放大电路、中周检波电路、反相放大电路和电压比较器；所述中频放大电路的输入端通过模拟开关切换电路连接第二超声波探头的输出端，所述中频放大电路的输出端连接所述中周检波电路的输入端，所述中周检波电路的输出端连接所述反相放大电路的输入端，所述反相放大电路的输出端连接所述电压比较器的输入端，所述电压比较器的输出端连接所述时序控制模块的输入端。
[0013]进一步的，还包括显示模块、数据存储电路和复位电路；所述复位电路的输出端连接微处理器的第二输入端，所述微处理器的输出端连接所述显示模块的信号输入端，所述数据存储电路与所述微处理器双向连接。
[0014]较佳的，所述时序控制模块为复杂可编程逻辑器件。
[0015]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用低压差分驱动技术、回波电压微弱信号放大与滤波技术、微处理器和复杂可编程逻辑器件的双核并行处理技术、高精度皮秒级的计时技术，实现了流量传感器的高精度、高可靠性和低功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型一【具体实施方式】的电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0018]如图1所示，一种矿用超声波流量传感器，包括微处理器1、第一超声波探头4、第二超声波探头5、驱动电路3、本安电源电路6、显示模块16、数据存储电路17和复位电路18，所述本安电源电路6用于将电压转换成24v后向所述微处理器I供电；所述微处理器I双向连接有时序控制模块2，所述时序控制模块2的第一输出端连接所述驱动电路3的输入端，所述驱动电路3的输出端通过模拟开关切换电路7连接第一超声波探头4的信号输入端，所述第二超声波探头5接收所述第一超声波探头4发出的超声波信号，所述第二超声波探头5的信号输出端通过所述模拟开关切换电路7连接信号处理电路8的输入端，所述信号处理电路8的输出端连接所述时序控制模块2的输入端，所述时序控制模块2的第二输出端连接计时电路9的输入端，所述计时电路9的输出端连接所述微处理器I的第一输入端。所述复位电路18的输出端连接微处理器I的第二输入端，所述微处理器I的输出端连接所述显示模块16的信号输入端，所述数据存储电路17与所述微处理器I双向连接。本实施例中，所述时序控制模块2为复杂可编程逻辑器件，所述微处理器采用ARM芯片实现。本传感器可采用外夹持式结构，不需要法兰安装，其不同于法兰安装的其他流量计，其安装头采用磁铁直接吸附在外壁，如果遇到磁铁不能吸附的则用管扎捆绑在管道外壁，这种安装方式不需要对被测管道进行破坏，使其能够适用于矿井下恶劣环境的要求和各种常用的管径。本实施例中，所述本安电源电路能够完全满足Exib I Mb防爆要求，本传感器属于本质安全型，能够适用于各种危险场所，尤其是煤矿井下。
[0019]所述驱动电路3包括光耦隔离电路10，所述光耦隔离电路10的输入端连接所述时序控制模块2的第二输出端，所述光耦隔离电路10的输出端连接COMS驱动电路19的输入端，所述COMS驱动电路19的输出端连接二极管保护电路11的输入端，所述二极管保护电路11的输出端通过模拟开关切换电路7连接第一超声波探头4的信号输入端。
[0020]所述信号处理电路8包括中频放大电路12、中周检波电路13、反相放大电路14和电压比较器15 ;所述中频放大电路12的输入端通过模拟开关切换电路7连接第二超声波探头5的输出端，所述中频放大电路12的输出端连接所述中周检波电路13的输入端，所述中周检波电路13的输出端连接所述反相放大电路14的输入端，所述反相放大电路14的输出端连接所述电压比较器15的输入端，所述电压比较器15的输出端连接所述时序控制模块2的输入端。
[0021]本实用新型米用ARM 芯片和 CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)两个微处理器，能够准确控制较多的时序比如超声波探头驱动时序、信号处理同步时序、计时控制时序等，提高了控制时序要求的准确性和可靠性高；同时，配合使用两个芯片，较普通的单芯片常规处理相比，运算处理速度得到进一步提升；它们各司其职，精度变得更好。
[0022]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种矿用超声波流量传感器，包括微处理器(I)、第一超声波探头(4)、第二超声波探头(5)、驱动电路(3)和本安电源电路(6)，所述本安电源电路(6)用于向所述微处理器(1)供电；其特征在于:所述微处理器(I)双向连接有时序控制模块(2)，所述时序控制模块(2)的第一输出端连接所述驱动电路(3)的输入端，所述驱动电路(3)的输出端通过模拟开关切换电路(7 )连接第一超声波探头(4 )的信号输入端，所述第二超声波探头(5 )接收所述第一超声波探头(4)发出的超声波信号，所述第二超声波探头(5)的信号输出端通过所述模拟开关切换电路(7)连接信号处理电路(8)的输入端，所述信号处理电路(8)的输出端连接所述时序控制模块(2)的输入端，所述时序控制模块(2)的第二输出端连接计时电路(9)的输入端，所述计时电路(9)的输出端连接所述微处理器(I)的第一输入端。
2.如权利要求1所述的矿用超声波流量传感器，其特征是:所述驱动电路(3)包括光耦隔离电路(10)，所述光耦隔离电路(10)的输入端连接所述时序控制模块(2)的第二输出端，所述光耦隔离电路(10)的输出端连接COMS驱动电路(19)的输入端，所述COMS驱动电路(19)的输出端连接二极管保护电路(11)的输入端，所述二极管保护电路(11)的输出端通过模拟开关切换电路(7)连接第一超声波探头(4)的信号输入端。
3.如权利要求1所述的矿用超声波流量传感器，其特征是:所述信号处理电路(8)包括中频放大电路(12)、中周检波电路(13)、反相放大电路(14)和电压比较器(15);所述中频放大电路(12)的输入端通过模拟开关切换电路(7)连接第二超声波探头(5)的输出端，所述中频放大电路(12)的输出端连接所述中周检波电路(13)的输入端，所述中周检波电路(13)的输出端连接所述反相放大电路(14)的输入端，所述反相放大电路(14)的输出端连接所述电压比较器(15)的输入端，所述电压比较器(15)的输出端连接所述时序控制模块(2)的输入端。
4.如权利要求1或2或3所述的矿用超声波流量传感器，其特征在于:还包括显示模块(16)、数据存储电路(17)和复位电路(18);所述复位电路(18)的输出端连接微处理器(I)的第二输入端，所述微处理器(I)的输出端连接所述显示模块(16)的信号输入端，所述数据存储电路(17 )与所述微处理器(I)双向连接。
5.如权利要求1或2或3所述的矿用超声波流量传感器，其特征在于:所述时序控制模块(2)为复杂可编程逻辑器件。
【文档编号】G01F1/66GK203642971SQ201320849268
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】赵政, 施元春, 吴付祥, 惠立锋, 黄卫, 刘国庆, 张强 申请人:中煤科工集团重庆研究院有限公司