播方向与测量管7中流体的流动方向呈135°夹角。
[0028] 上述装置中，由单片机1控制超声波流量测量的全过程，包括启动、测量、计算和流 量输出；同步电路2用于同步触发超声波发射电路13或超声波发射电路Π 4,并通过测量管7 上的换能器T15或换能器T26向被测流体发送超声波;模拟接收开关8用于切换顺流或逆流 的回波信号输入;接收放大器9将回波信号放大后并通过带通滤波器10进行滤波处理，去除 噪声和干扰信号；回波过零检测器11用于过零检测，将模拟回波信号转换为回波脉冲信号； 回波调制器12将回波脉冲信号调制后产生反馈脉冲，通过同步电路2触发超声波发射电路I 3或超声波发射电路Π 4，以建立顺流或逆流循环频率f:或^;倍率器13将€:或^频率乘上一 个因子，产生N倍的f iSf2频率，即Nf :或财2频率，并将该频率作为同步计数时钟，由单片机1 中频率计数器对^或￡〃频率进行测量，然后经过计算获得频率差，再根据频率差计算流体流 量并输出到外部。
[0029] 在超声波发射电路、换能器和接收部分电路构成闭合环路中，第一次的超声波发 射总是由单片机1的启动触发脉冲信号触发，其后的超声波发射则是由回波调制器12发送 的回波反馈脉冲信号触发。
[0030] 实施例二
[0031 ]频差式超声波流量测量装置工作，单片机1向同步电路2发送启动触发脉冲，并控 制超声波发射电路13开启、超声波发射电路Π 4关闭，同时向模拟接收开关8发送控制信息， 控制模拟接收开关切换至顺流回波信号输入。超声波发射电路13通过换能器T15向被测流 体发送超声波，超声波经测量管7的管壁一次反射后产生回波信号并由换能器T26接收，换 能器T26将回波信号发送至模拟接收开关8,所述回波信号经调理电路和回波调制器12调制 后产生回波反馈脉冲，所述回波反馈脉冲触发同步电路2工作，在顺流循环频率测量电路上 通过Μ次发射、接收和反馈过程，从而在超声波传播路径上建立稳定的脉冲循环，两个回波 脉冲的时间间隔为脉冲循环周期，其倒数即为脉冲循环频率，因此，根据两个回波反馈脉冲 的时间间隔可以计算得到顺流方向的循环频率fu
[0032] 之后，单片机1控制超声波发射电路Π 4开启、超声波发射电路13关闭，同时向模拟 接收开关8发送控制信息，控制模拟接收开关切换至逆流回波信号输入。超声波发射电路 Π 4通过换能器T26向被测流体发送超声波，超声波经测量管7的管壁一次反射后产生回波 信号并由换能器T15接收，换能器T15将回波信号发送至模拟接收开关8,所述回波信号经调 理电路和回波调制器12调制后产生回波反馈脉冲，所述回波反馈脉冲触发同步电路2工作， 在逆流循环频率测量电路上通过Μ次发射、接收和反馈过程，通过多次逆流循环从而在超声 波传播路径上建立稳定的脉冲循环，根据两个回波反馈脉冲的时间间隔计算得到逆流方向 的循环频率f 2。
[0033] 倍频器13将顺流方向的循环频率5和逆流方向的循环频率5乘上一个倍率因子N， 得到Nf jPNf 2;通过单片机1中的频率计数器分别对f jPf 2进行测量，获得Nf jPNf 2频率测量 值，然后经过计算得到?'1八￡，1'1八￡ =财1-财2;单片机1进一步根据1^八￡计算得到被测流体的 流速
式中，N为倍频因子，k为流速修正系数，L为超声波在被测流体中 的传播距离（即声道长度）；Θ为超声波换能器的入射和反射角度；Af为顺流和逆流频率之 差。根据被测流体的流速、结合管道横截面面积S以及时间t，可求得流体的流量。
[0034] 本实用新型装置采用频差法测量流量，在全量程流速范围内具有较高的Af分辨 率，即使是在很低流速时也能获得几百mH的频率差;频差法的测量精度并不完全依赖于Af 的分辨率，即使Af较小时，通过倍频因子就可将Af提高到N倍的Af分辨率;频差法的频率 计数器并不需要很高的分辨率，通常1Hz的分辨率就可以完全满足高精度的频率测量;频差 法并不局限于测量小口径流量，而对于测量大口径流量同样适用。
[0035] 本实用新型装置可应用于流量计、热量表、水表、燃气表等，这些应用均涵盖在本 实用新型的保护范围内。
[0036]以上所揭露的仅为本实用新型的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实 用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖 的范围。
【主权项】
1. 一种频差式超声波流量测量装置，其特征在于，包括超声波发射电路、换能器、接收 部分电路和单片机(1)，所述超声波发射电路、换能器和接收部分电路依次连接构成闭合环 路， 所述超声波发射电路包括同步电路(2)、与所述同步电路(2)连接的超声波发射电路I (3)和超声波发射电路Π (4);所述接收部分电路包括依次连接的模拟接收开关(8)、调理电 路和回波调制器（12)，所述模拟接收开关(8)与换能器(8)连接，所述回波调制器（12)与所 述同步电路(2)连接； 所述同步电路(2)、超声波发射电路1(3)、换能器、模拟接收开关(8)、调理电路和回波 调制器（12)构成顺流循环频率测量电路;所述同步电路(2)、超声波发射电路Π (4)、换能 器、模拟接收开关(8)、调理电路和回波调制器(12)构成逆流循环频率测量电路； 所述单片机(1)与所述超声波发射电路1(3)、超声波发射电路Π (4)、模拟接收开关(8) 连接，向所述超声波发射电路1(3)、超声波发射电路Π (4)、模拟接收开关(8)发送控制信 号，所述回波调制器（12)与单片机（1)连接，向单片机（1)发送顺流循环频率和逆流循环频 率。2. 根据权利要求1所述的频差式超声波流量测量装置，其特征在于，所述装置还包括倍 频器(13)，所述回波调制器(12)与倍频器连接，所述倍频器(13)与所述单片机(1)连接。3. 根据权利要求1或2所述的频差式超声波流量测量装置，其特征在于，所述调理电路 包括依次连接的接收放大器(9)、带通滤波器(10)和回波过零检测器（11)，所述接收放大器 (9)与所述模拟接收开关(8)连接，所述回波过零检测器(11)与所述回波调制器(12)连接。4. 根据权利要求1或2所述的频差式超声波流量测量装置，其特征在于，所述换能器包 括换能器Tl(5)和换能器T2(6)，所述换能器Tl(5)和换能器T2(6)安装在测量管(7)同一侧 并相距一定距离，所述超声波发射电路1(3)与所述换能器Tl(5)连接，所述超声波发射电路 Π (4)与所述换能器Τ2(6)连接，通过换能器Tl(5)的超声波经测量管(7)的管壁一次反射后 能够由换能器Τ2(6)接收，通过换能器Τ2(6)的超声波经测量管(7)的管壁一次反射后能够 由换能器Tl(5)接收，所述换能器Tl(5)和换能器Τ2(6)分别与所述模拟接收开关(8)连接。5. 根据权利要求4所述的频差式超声波流量测量装置，其特征在于，通过换能器Tl(5) 的超声波的传播方向与测量管(7)中流体的流动方向呈45°夹角，通过换能器Τ2(6)的超声 波的传播方向与测量管(7)中流体的流动方向呈13 5°夹角。6. 根据权利要求1所述的频差式超声波流量测量装置，其特征在于，所述单片机（1)具 有频率计数器和流量计算器，所述频率计数器用于对顺流循环频率和逆流循环频率进行测 量，所述流量计算器用于计算并输出被测流体的流量。
【专利摘要】本实用新型涉及计量领域，特别是一种频差式超声波流量测量装置，包括超声波发射电路、换能器、接收部分电路和单片机，所述超声波发射电路、换能器和接收部分电路依次连接构成闭合环路，该闭合环路分为顺流循环频率测量电路和逆流循环频率测量电路；本实用新型装置中，单片机控制超声波流量测量的全过程，包括启动、测量、计算和流量输出，其中，第一次的超声波发射总是由单片机1的启动触发脉冲信号触发，其后的超声波发射则是由接收部分电路中的回波调制器发送的回波反馈脉冲信号触发；单片机获取顺流和逆流循环频率，从而计算并输出流体流量。本实用新型装置在全量程范围内具有相同的测量精度，适用于大口径和小口径流量的测量。
【IPC分类】G01F1/66
【公开号】CN205262533
【申请号】CN201520932528
【发明人】杨留印, 杨成华, 杨光, 张锦飞
【申请人】北京捷成世纪科技股份有限公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年11月20日