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专利名称：一种单声道相关法超声波气体流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体流量计，尤其是涉及一种单声道相关法超声波气体流量计。
背景技术：
目前，常用超声波流量计包括相关法、时差法流量计等。传统的相关法流量计，采用垂直于管道的平行双声道布置，利用被测量流体内部存在的随机流动噪声现象产生传感器(换能器)的调制作用来提取有用流动噪声信号，并对两路噪声信号进行相关运算，得到流体经过两传感器的时间间隔，从而获得流动信息。实际进行相关运算的两信号并不是作为载波的超声波信号，而是随机噪声信号，需要精确解调出噪声信号，并对微弱的噪声信号进行一系列处理，对硬件的要求很高。而传统的时差法流量计通过测量超声波在两传感器之间的传播时间间隔来获得流动信息，其精度提高的瓶颈是如何确定超声波到达接收传感器的时刻点，一般采用门槛电压来确定，对硬件要求也较高，且受流体的影响大。

实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种硬件简单、 成本低、精度较高的单声道相关法超声波气体流量计。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，该气体流量计包括第一换能器、第二换能器、换能器安装管道、切换电路、发射电路、接收电路以及控制芯片，所述的第一换能器和第二换能器设在换能器安装管道上，并连接切换电路，所述的发射电路的输入端连接控制芯片，输出端连接切换电路，所述的接收电路输入端连接切换电路，输出端连接控制芯片。切换电路用于切换发射电路和接收电路与第一换能器以及第二换能器的交替连接，实现超声波的顺流和逆流两种状态下的发射和接收。首先，第一换能器、第二换能器通过切换电路分别与发射电路连接和接收电路连接，控制芯片发射超声波激励信号控制第一换能器发出超声波，第二换能器接收到的回波信号，通过接收电路存储在控制芯片中，作为相关运算的第一组信号；之后，控制芯片发出切换信号，改变切换电路的状态，使第二换能器与发射电路连接，第一换能器与接收电路连接，控制芯片发射超声波激励信号控制第二换能器发出超声波，第一换能器接收到的回波信号，经过通过接收电路存储在控制芯片中， 作为相关运算的第二组信号。控制芯片对两组信号进行相关运算，计算出两信号时间间隔， 并求出流速流量值，并且不断重复上述过程。所述的接收电路包括放大电路、滤波电路和AD采集电路，所述的切换电路、放大电路、滤波电路、AD采集电路和控制芯片依次连接。所述的滤波电路为带通滤波电路。所述的AD采集电路为高频AD采集电路。所述的第一换能器和第二换能器以单声道布置方式设置在换能器安装管道上，第一换能器、第二换能器与换能器安装管道之间的夹角为30° 60°。该气体流量计还包括用于显示流速流量信息的IXD显示电路和用于连接上位机的通信电路。所述的通信电路为串口通信电路。与现有技术相比，本实用新型将相关法理论引入到时差法流量计中，进行相关运算的两个信号就是顺逆发射的两个超声波回波信号，不需要经过噪声解调，也不需要经过电压比较等环节，硬件大大简化，克服了传统的时差法和相关法流量计的研制难点。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为本实用新型的原理图；图3为本实用新型的换能器安装管道的立体结构示意图；图4为本实用新型的换能器安装管道的沿轴向的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例如图1 4所示，一种单声道相关法超声波气体流量计，该气体流量计包括第一换能器1、第二换能器2、换能器安装管道9、切换电路3、发射电路4、接收电路6、控制芯片5、 IXD显示电路7和通信电路8。第一换能器1和第二换能器2以单声道布置方式分别设置在换能器安装管道9上的支管91、92上，第一换能器1、第二换能器2与换能器安装管道9 之间的夹角α为30°。第一换能器1、第二换能器2、发射电路4以及接收电路6均与切换电路3连接，通过切换电路3使发射电路4、接收电路6与第一换能器1、第二换能器2交替连接，实现超声波的顺流和逆流两种状态下的发射和接收。控制芯片5的输出端连接发射电路4，输入端连接接收电路6，该接收电路6包括放大电路61、滤波电路62和AD采集电路 63，切换电路3、放大电路61、滤波电路62、AD采集电路63和控制芯片5依次连接。通信电路8和IXD显示电路7均与控制芯片5连接，用于与上位机通讯和显示流速流量信息。滤波电路62为带通滤波电路，AD采集电路63为高频AD采集电路，通信电路8为串口通信电路。图2表明了本实用新型测量时的基本原理，超声波顺流、逆流各发射一次，则接收换能器可以接收到两个回波信号，由于发射的超声波信号相同，流体状态相同，这两个回波信号形状相同，只是在时域上有延时τ，对这两个回波信号进行相关函数计算即可得出τ 的值。τ即为超声波顺逆流传播时间差。ν为流体流速，α为A、B和流体流速方向夹角， L为A、B之间的距离，即声道长度。c为超声波在该静止流体中的传播速度。由时差法原理
可知，则超声波顺流传播时间为
权利要求1.一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，该气体流量计包括第一换能器、 第二换能器、换能器安装管道、切换电路、发射电路、接收电路以及控制芯片，所述的第一换能器和第二换能器设在换能器安装管道上，并连接切换电路，所述的发射电路的输入端连接控制芯片，输出端连接切换电路，所述的接收电路输入端连接切换电路，输出端连接控制-H-· I I心片。
2.根据权利要求1所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，所述的接收电路包括放大电路、滤波电路和AD采集电路，所述的切换电路、放大电路、滤波电路、 AD采集电路和控制芯片依次连接。
3.根据权利要求2所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，所述的滤波电路为带通滤波电路。
4.根据权利要求2所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，所述的 AD采集电路为高频AD采集电路。
5.根据权利要求1所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，所述的第一换能器和第二换能器以单声道布置方式设置在换能器安装管道上。
6.根据权利要求1所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，第一换能器、第二换能器与换能器安装管道之间的夹角为30° 60°。
7.根据权利要求1所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，该气体流量计还包括IXD显示电路和通信电路。
8.根据权利要求7所述的一种单声道相关法超声波气体流量计，其特征在于，所述的通信电路为串口通信电路。
专利摘要本实用新型涉及一种单声道相关法超声波气体流量计，该气体流量计包括第一换能器、第二换能器、换能器安装管道、切换电路、发射电路、接收电路以及控制芯片，所述的第一换能器和第二换能器设在换能器安装管道上，并连接切换电路，所述的发射电路的输入端连接控制芯片，输出端连接切换电路，所述的接收电路输入端连接切换电路，输出端连接控制芯片。与现有技术相比，本实用新型将相关法理论引入到时差法流量计中，进行相关运算的两个信号就是顺逆发射的两个超声波回波信号，不需要经过噪声解调，也不需要经过电压比较等环节，硬件大大简化，克服了传统的时差法和相关法流量计的研制难点。
文档编号G01F1/66GK202229790SQ201120363838
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月26日 优先权日2011年9月26日
发明者周爱国, 朱列铭, 陈羽 申请人:同济大学