专利名称：一种超声流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种超声流量计。
背景技术：
超声流量计已成功地应用于测量血液流量和河水流量。在工业上，适用于测量各种流体和中、低压气体的体积流量而不受流体电导率、粘度、密度、腐蚀性和成分的影响。它不妨碍管道中流体的流动，也不受管径大小的限制。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足:现有的超声流量计多采用乘法器或非线性混频器提取超声多普勒信号，电路复杂、成本高，且计算出的流量和流速精度低。
发明内容
本发明提供了一种超声流量计，该流量计灵敏度高，结构简单，成本低，不需调试，提高了流量和流速的检测精度，详见下文描述:一种超声流量计，包括:振荡器，所述振荡器产生超声波信号ω 0,通过超声波驱动电路驱动第一超声探头，所述第一超声探头发出的所述超声波信号Qci经管壁照射到管道中的流体，具有多普勒效应的超声波信号ω被第二超声探头接收，经过放大器放大后输入到多普勒差频器；所述超声波信号Qtl也输入到所述多普勒差频器，所述多普勒差频器输出多普勒差频信号△ ω，所 述多普勒差频信号△ ω经过低频滤波整形电路得到方波信号，并输入至频率测量电路，所述频率测量电路输出数字多普勒信号至控制器，所述控制器计算出所述流体的流速和流量，并显示和输出所述流体的流速和流量。所述多普勒差频器具体包括:第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端输入第一信号源，所述第一电阻的另一端接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出所述多普勒差频信号Λ ω ;所述第三电阻并联连接电容；所述第二电阻的一端输入第二信号源，所述第二电阻的另一端接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极接所述运算放大器的负极性输入端；所述运算放大器的正极性输入端接地；所述第一二极管的阳极接所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极接所述
第二二极管的阳极。所述多普勒差频器具体包括:第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端输入第一信号源，第一电阻的另一端分别接第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极和所述第二二极管阳极同时接运算放大器的输出端，输出所述多普勒差频信号△ ω ;所述第一二极管并联电容；所述第二电阻的一端输入第二信号源，所述第二电阻的另一端分别接所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极和所述运算放大器的负极性输入端；所述运算放大器的正极性输入端接地。所述多普勒差频器具体包括:第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端输入第一信号源，所述第一电阻的另一端接第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端接运算放大器的输出端，输出所述多普勒差频信号；所述第二电阻的一端输入第二信号源，所述第二电阻的另一端分别接所述第三电阻的一端和所述运算放大器的负极性输入端；所述运算放大器的正极性输入端接地。所述多普勒差频器具体包括:第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端输入第一信号源，所述第二电阻的一端输入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端接运算放大器的正极性输入端；所述运算放大器的负极性输入端同时接第三电阻和第四电阻的一端；所述第三电阻的另一端接地；所述第四电阻的另一端接所述运算放大器的输出端，输出所述多普勒差频信号Λ ω。所述多普勒差频器具体包括:第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端输入第一信号源，所述第二电阻的一端输入第二信号源，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端接运算放大器的正极性输入端；所述运算放大器的负极性输入端接输出端，输出所述多普勒差频信号Λ ω。所述第一信号源具体为:所述多普勒效应的超声波信号《,Λ ω ;所述第二信号源具体为:所述超声波信号ω0Ο所述 第一信号源具体为:所述超声波信号Otl ;所述第二信号源具体为:所述多普勒效应的超声波信号c^+Λ ω ο本发明提供的技术方案的有益效果是:通过采用运算放大器构成的多普勒差频器作为超声流量计，该电路简单、灵敏度高、工艺性好、容易集成，且提高了流速和流量的检测精度；且通过修改电阻和电容的值可以很容易改变多普勒差频器的增益，通过对运算放大器型号的选择可以对多普勒信号进行放大处理，满足了实际应用中的多种需要。
图1为本发明提供的一种超声流量计的结构示意图；图2为本发明提供的多普勒差频器电路原理图；图3为图2的戴维南等效电路图；图4为图2的另一戴维南等效电路图；图5为本发明提供的另一多普勒差频器电路原理图；图6为本发明提供的另一多普勒差频器电路原理图；图7为本发明提供的另一多普勒差频器电路原理图；图8为本发明提供的另一多普勒差频器电路原理图。附图中，各标号所代表的部件列表如下:OSC:振汤器；1:超声波驱动电路；2:第一超声探头；3:流体；4:第二超声探头；5:放大器；6:多普勒差频器；7:低频滤波整形电路；8:频率测量电路；9:控制器；
Δ ω:多普勒差频信号；V。:输出端。R1:第一电阻；R2:第二电阻；R3:第三电阻；R4:第四电阻；A:运算放大器；C:电容；D1:第一二极管；D2:第二二极管；V1:第一信号源；V2:第二信号源。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
为了提高测速仪的灵敏度和速度的检测精度，本发明实施例提出了一种超声流量计，详见下文描述:实施例1参见图1，一种超声流量计，包括:振荡器0SC，振荡器OSC产生超声波信号Coci，通过超声波驱动电路I驱动第一超声探头2，第一超声探头2发出的超声波信号Oci经管壁照射到管道中的流体3，具有多普勒效应的超声波信号c^+Λ ω被第二超声探头4接收，经过放大器5放大后输入到多普勒差频器6 ；超声波信号Otl也输入到多普勒差频器6，多普勒差频器6输出多普勒差频信号Δ ω，多普勒差频信号Λ ω经过低频滤波整形电路7得到方波信号，并输入至频率测量电路8，频率测量电路8输出数字多普勒信号至控制器9，控制器9计算出流体3的流速和流量，并显示和输出流体3的流速和流量。具体实现时，控制器9可以为单片机和微控制器等具有计算和显示功能的元器件，本发明实施例对此不做限制。其中，流体3可以为气体或液体，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。其中，参见图2，该多普勒差频器6包括:第一电阻R1和第二电阻R2,第一电阻R1的一端输入第一信号源V1,第一电阻R1的另一端接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接运算放大器A的输出端Vtl，输出多普勒差频信号Λ ω ;第三电阻R3并联连接电容C ;第二电阻R2的一端输入第二信号源V2，第二电阻R2的另一端接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极接运算放大器A的负极性输入端；运算放大器A的正极性输入端接地；第一二极管D1的阳极接第二二极管D2阴极，第一二极管D1的阴极接第二二极管D2阳极。S卩，第一二极管D1和第二二极管D2之间组成反并联电路。下面结合图3和图4详细描述该差频器的工作原理，详见下文描述:图2中提供的差频器通过采用戴维南定律等效为图3中的电路。由于二极管的伏安特性为Id = Is (CVS _1){ I j
其中:IS为PN结的反向饱和电流；VS为温度电压当量，在温度为300K (摄氏温度27° C)时约为26mV;VD为导通电压。当因此(1)式可以改写为
权利要求
1.一种超声流量计，包括:振荡器(OSC)，其特征在于，所述振荡器(OSC)产生超声波信号ω ^，通过超声波驱动电路(I)驱动第一超声探头(2 )，所述第一超声探头(2 )发出的所述超声波信号Wtl经管壁照射到管道中的流体(3)，具有多普勒效应的超声波信号c^+Λ ω被第二超声探头(4)接收，经过放大器(5)放大后输入到多普勒差频器(6);所述超声波信号Otl也输入到所述多普勒差频器(6)，所述多普勒差频器(6)输出多普勒差频信号Λ ω，所述多普勒差频信号Λ ω经过低频滤波整形电路(7)得到方波信号，并输入至频率测量电路(8)，所述频率测量电路(8)输出数字多普勒信号至控制器(9)，所述控制器(9)计算出所述流体(3)的流速和流量，并显示和输出所述流体(3)的流速和流量。
2.根据权利要求1所述的一种超声流量计，其特征在于，所述多普勒差频器(6)具体包括:第一电阻(R1)和第二电阻(R2), 所述第一电阻(R1)的一端输入第一信号源(V1),所述第一电阻(R1)的另一端接第一二极管(D1)的阳极，所述第一二极管(D1)的阴极接第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端接运算放大器(A)的输出端，输出所述多普勒差频信号Λω ;所述第三电阻(R3)并联连接电容(C)； 所述第二电阻(R2)的一端输入第二信号源(V2),所述第二电阻(R2)的另一端接第二二极管(D2)的阴极，所述第二二极管(D2)的阳极接所述运算放大器(A)的负极性输入端；所述运算放大器(A)的正极性输入端接地； 所述第一二极管(D1)的阳极接所述第二二极管(D2)的阴极，所述第一二极管(D1)的阴极接所述第二二极管(D2)的阳极。
3.根据权利要求1所述的一种超声流量计，其特征在于，所述多普勒差频器(6)具体包括:第一电阻(R1)和第二电阻(R2), 所述第一电阻(R1)的一 端输入第一信号源(V1),第一电阻(R1)的另一端分别接第一二极管(D1)的阳极和第二二极管(D2)的阴极，所述第一二极管(D1)的阴极和所述第二二极管(D2)阳极同时接运算放大器(A)的输出端，输出所述多普勒差频信号Λ ω ;所述第一二极管(D1)并联电容(C)； 所述第二电阻(R2)的一端输入第二信号源(V2),所述第二电阻(R2)的另一端分别接所述第一二极管(D1)的阳极、所述第二二极管(D2)的阴极和所述运算放大器(A)的负极性输入端；所述运算放大器(A)的正极性输入端接地。
4.根据权利要求1所述的一种超声流量计，其特征在于，所述多普勒差频器(6)具体包括:第一电阻(R1)和第二电阻(R2), 所述第一电阻(R1)的一端输入第一信号源(V1),所述第一电阻(R1)的另一端接第三电阻(R3)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端接运算放大器(A)的输出端，输出所述多普勒差频 目号Δ ω ； 所述第二电阻(R2)的一端输入第二信号源(V2),所述第二电阻(R2)的另一端分别接所述第三电阻(R3)的一端和所述运算放大器(A)的负极性输入端；所述运算放大器(A)的正极性输入端接地。
5.根据权利要求1所述的一种超声流量计，其特征在于，所述多普勒差频器(6)具体包括:第一电阻(R1)和第二电阻(R2), 所述第一电阻(R1)的一端输入第一信号源(V1),所述第二电阻(R2)的一端输入第二信号源(v2)，所述第一电阻(R1)的另一端和所述第二电阻(R2)的另一端接运算放大器(A)的正极性输入端；所述运算放大器(A)的负极性输入端同时接第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的一端；所述第三电阻(R3)的另一端接地；所述第四电阻(R4)的另一端接所述运算放大器(A)的输出端，输出所述多普勒差频信号Λ ω。
6.根据权利要求1所述的一种超声流量计，其特征在于，所述多普勒差频器(6)具体包括:第一电阻(R1)和第二电阻(R2), 所述第一电阻(R1)的一端输入第一信 号源(V1),所述第二电阻(R2)的一端输入第二信号源(V2),所述第一电阻(R1)的另一端和所述第二电阻(R2)的另一端接运算放大器(A)的正极性输入端；所述运算放大器(A)的负极性输入端接输出端，输出所述多普勒差频信号Δ ω。
7.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的一种超声流量计，其特征在于， 所述第一信号源(V1)具体为:所述多普勒效应的超声波信号《-Λ ω ;所述第二信号源(V2)具体为:所述超声波信号ω”
8.根据权利要求2至6中任一权利要求所述的一种超声流量计，其特征在于， 所述第一信号源(V1)具体为:所述超声波信号Otl ;所述第二信号源(V2)具体为:所述多普勒效应的超声波信号ω。
全文摘要
本发明公开了一种超声流量计，包括振荡器，振荡器产生超声波信号，通过超声波驱动电路驱动第一超声探头，第一超声探头发出的超声波信号经管壁照射到管道中的流体，具有多普勒效应的超声波信号被第二超声探头接收，经过放大器放大后输入到多普勒差频器；超声波信号也输入到多普勒差频器，多普勒差频器输出多普勒差频信号，多普勒差频信号经过低频滤波整形电路得到方波信号，并输入至频率测量电路，频率测量电路输出数字多普勒信号至控制器，控制器计算出流体的流速和流量，并显示和输出。该测速仪简单、工艺性好、容易集成，提高了流速和流量的检测精度；且通过修改电阻和电容的值很容易改变多普勒差频器增益，满足了多种需要。
文档编号G01F1/66GK103162751SQ201310047090
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者林凌, 张桂霞, 李刚 申请人:天津大学
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