專利名稱：一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，特別是一種利用超聲波原理 檢測流體流量或流量控制的超聲波流量計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
超聲波在某一測量介質(zhì)中的傳播速度與在此介質(zhì)中的聲速及流體速度有關(guān)，超聲 波流量計(jì)量裝置是利用超聲波在順?biāo)湍嫠械膫鞑ニ俣炔灰恢碌妮d流效應(yīng)原理來測量 流體流速的。隨著電子元件的成本和超聲技術(shù)的成熟，超聲波流量計(jì)量裝置的制造成本大 大降低，并且這種儀表具有非接觸式測量、測量范圍寬、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)，使廣大用戶 越來越關(guān)注該新型的流量計(jì)量方式。現(xiàn)有的超聲波流量計(jì)儀表，多采用進(jìn)口集成時(shí)差法芯 片來實(shí)現(xiàn)流量的計(jì)量，該方法成本高、對單片機(jī)的要求高，且受信號(hào)強(qiáng)弱影響大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置。它計(jì)量方便，不 易受信號(hào)強(qiáng)弱影響，且對單片機(jī)的要求比較低。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于包括 安裝在管道內(nèi)或者管道邊緣的超聲波換能器A和超聲波換能器B ；超聲波換能器A和超聲 波換能器B經(jīng)過被單片機(jī)控制的多路選擇器或者模擬開關(guān)與被單片機(jī)控制的超聲波發(fā)射 驅(qū)動(dòng)電路和超聲波相位差法接收處理電路相連。前述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置中，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路包括分頻電路，與單片機(jī)相連，用于給超聲波換能器A或超聲波換能器B提供工作頻 率；負(fù)壓產(chǎn)生電路和正弦波發(fā)生電路，用于將分頻電路提供的工作頻率轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)超 聲波換能器A或超聲波換能器B工作的正弦信號(hào)；多路選擇器或者模擬開關(guān)，與單片機(jī)相連，用于控制超聲波換能器A和超聲波換 能器B的工作狀態(tài)。所述的分頻電路可以是任何具有分頻功能的電路或集成芯片；所述的負(fù)壓產(chǎn)生電 路可以是任何具有能產(chǎn)生負(fù)電壓功能的電路或集成芯片；所述的正弦波發(fā)生電路可以是任 何具有能產(chǎn)生正弦波信號(hào)的電路或集成芯片。前述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置中，所述超聲波相位差法接收處理電路包 括鑒相器電路，用于獲取超聲波換能器B或超聲波換能器A接收到的信號(hào)Sl和與驅(qū) 動(dòng)超聲波換能器A或超聲波換能器B發(fā)射工作相同的信號(hào)S2之間的相位差信號(hào)Fl或F2 ；F/V轉(zhuǎn)換電路，將鑒相器電路得出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)穩(wěn)定的電壓，并經(jīng)過 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)相連；分頻電路，用于給鑒相器電路提供與驅(qū)動(dòng)超聲波換能器A或超聲波換能器B發(fā)射工作相同的信號(hào)S2;多路選擇器或者模擬開關(guān)，與單片機(jī)相連，用于控制超聲波換能器B和超聲波換 能器A的工作狀態(tài)。前述的鑒相器電路可以是任何具有同鑒相器功能類似的電路或者集成芯片；所述 的F/V轉(zhuǎn)換電路可以是任何具有能將脈寬的時(shí)間(頻率)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓的電路或者集成 芯片；所述的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以是任何具有模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)功能的電路或者 集成芯片，也包括內(nèi)置ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。前述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置中，所述超聲波換能器A和超聲波換能器B 為具有超聲波發(fā)射和接收功能的傳感裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型使用分立器件實(shí)現(xiàn)一種相位差式的超聲波流量計(jì) 量，不僅計(jì)量方便，不易受信號(hào)強(qiáng)弱影響，對單片機(jī)的要求比較低，而且具有低成本、低功耗 優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為超聲波換能器發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3為超聲波相位差法接收處理電路結(jié)構(gòu)框圖；圖4為實(shí)現(xiàn)超聲波相位差法測流速的信號(hào)波形示意圖。附圖中的標(biāo)記為1-單片機(jī)，2-超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路，3-超聲波換能器A，4-超聲波換能器B，5_超 聲波相位差法接收處理電路，6-管道，7-分頻電路，8-負(fù)壓產(chǎn)生電路，9-正弦波發(fā)生電路， 10"多路選擇器或者模擬開關(guān)，11-鑒相器電路，12-F/V轉(zhuǎn)換電路，13-ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本實(shí)用新型 限制的依據(jù)。實(shí)施例。一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，如圖1所示，包括安裝在管道6內(nèi)或 者管道6邊緣的超聲波換能器A3和超聲波換能器B4 ；超聲波換能器A3和超聲波換能器B4 經(jīng)過被單片機(jī)1控制的多路選擇器或者模擬開關(guān)10與被單片機(jī)1控制的超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng) 電路2和超聲波相位差法接收處理電路5相連。當(dāng)測量順流相位差時(shí)，假設(shè)超聲波換能器 A3切換到發(fā)射工作狀態(tài)，則超聲波換能器B4切換到接收工作狀態(tài)。當(dāng)測量逆流相位差時(shí)， 反之，超聲波換能器B4切換到發(fā)射工作狀態(tài)，則超聲波換能器A3切換到接收工作狀態(tài)。切 換的工作狀態(tài)是由單片機(jī)1通過多路選擇器或者模擬開關(guān)10完成的。圖1所示的是以超 聲波換能器A3為發(fā)射端的等效工作狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路2包括分頻電路7，與單片機(jī)1相連，用于給超聲波換能器A3或超聲波換能器B4提供工 作頻率；負(fù)壓產(chǎn)生電路8和正弦波發(fā)生電路9，用于將分頻電路7提供的工作頻率轉(zhuǎn)化為驅(qū) 動(dòng)超聲波換能器A3或超聲波換能器B4工作的正弦信號(hào)；[0029]多路選擇器或者模擬開關(guān)10，與單片機(jī)1相連，用于控制超聲波換能器A3和超聲 波換能器B4的工作狀態(tài)。所述的分頻電路7可以是任何具有分頻功能的電路或集成芯片；所述的負(fù)壓產(chǎn)生 電路8可以是任何具有能產(chǎn)生負(fù)電壓功能的電路或集成芯片；所述的正弦波發(fā)生電路9可 以是任何具有能產(chǎn)生正弦波信號(hào)的電路或集成芯片。超聲波相位差法接收處理電路5包括鑒相器電路11，用于獲取超聲波換能器B4或超聲波換能器A3接收到的信號(hào)Sl 和與驅(qū)動(dòng)超聲波換能器A3或超聲波換能器B4發(fā)射工作相同的信號(hào)S2之間的相位差Fl或 F2 ；F/V轉(zhuǎn)換電路12，將鑒相器電路11得出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)穩(wěn)定的電壓，并 經(jīng)過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13與單片機(jī)1相連；分頻電路7，用于給鑒相器電路11提供與驅(qū)動(dòng)超聲波換能器A3或超聲波換能器 B4發(fā)射工作相同的信號(hào)S2;多路選擇器或者模擬開關(guān)10，與單片機(jī)1相連，用于控制超聲波換能器B4和超聲 波換能器A3的工作狀態(tài)。前述的鑒相器電路11可以是任何具有同鑒相器功能類似的電路或者集成芯片； 所述的F/V轉(zhuǎn)換電路12可以是任何具有能將脈寬的時(shí)間(頻率)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓的電路 或者集成芯片；所述的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13可以是任何具有模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)功能 的電路或者集成芯片，也包括內(nèi)置ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)。超聲波換能器A3和超聲波換能器B4為具有超聲波發(fā)射和接收功能的傳感裝置。本實(shí)用新型的工作原理單片機(jī)1輸出一定頻率的方波，經(jīng)分頻電路后獲得驅(qū)動(dòng)超聲波換能器A3或超聲波 換能器B4工作的頻率段，該信號(hào)經(jīng)過負(fù)壓產(chǎn)生電路8和正弦波發(fā)生電路9產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)超 聲波換能器A3或超聲波換能器B4工作的正弦信號(hào)，通過單片機(jī)1控制多路選擇器或者模 擬開關(guān)10選擇超聲波換能器A3或超聲波換能器B4發(fā)射聲波。如圖2所示。如圖3、圖4所示，超聲波相位差法接收處理電路5的工作原理是在順流方向情 況下，通過單片機(jī)1控制超聲波換能器B4處于接收工作狀態(tài)，超聲波換能器A3處于發(fā)射工 作狀態(tài)，則該超聲波換能器B4接收另一個(gè)與之對應(yīng)的超聲波換能器A3發(fā)射的聲波；超聲波 換能器B4接收到信號(hào)Si，同時(shí)單片機(jī)1輸出一定頻率的方波經(jīng)過分頻電路7后獲得和驅(qū) 動(dòng)超聲波換能器A3發(fā)射工作的同樣信號(hào)S2 ；Si、S2信號(hào)通過鑒相器電路11比較處理后獲 得順流方向的相位差Fl ；在逆流方向情況下，再切換超聲波換能器A3處于接收工作狀態(tài)， 超聲波換能器B4處于發(fā)射工作狀態(tài)，重復(fù)上述步驟，獲得逆流方向的相位差F2。此相位差 Fl、F2信號(hào)通過F/V轉(zhuǎn)換電路12得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓，這個(gè)電壓由ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路13獲 取，從而推算出聲路在順逆流方向傳播的時(shí)間相位差(AF = F1-F2)，再經(jīng)單片機(jī)1的運(yùn)算 處理便可得到流體的速度。如上所述的順流方向與逆流方向是如下解釋當(dāng)超聲波發(fā)射到接收的聲路走向與 流體運(yùn)動(dòng)的方向相同則為順流方向；當(dāng)超聲波發(fā)射到接收的聲路走向與流體運(yùn)動(dòng)的方向相 反即為逆流方向。
權(quán)利要求1.一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于包括安裝在管道(6)內(nèi)或者管道 (6)邊緣的超聲波換能器A (3)和超聲波換能器B (4)；超聲波換能器A (3)和超聲波換能器 B (4)經(jīng)過被單片機(jī)(1)控制的多路選擇器或者模擬開關(guān)(10)與被單片機(jī)(1)控制的超聲 波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路( 和超聲波相位差法接收處理電路( 相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于，所述超聲波發(fā) 射驅(qū)動(dòng)電路⑵包括分頻電路(7)，與單片機(jī)(1)相連，用于給超聲波換能器A(3)或超聲波換能器B(4)提 供工作頻率；負(fù)壓產(chǎn)生電路(8)和正弦波發(fā)生電路(9)，用于將分頻電路(7)提供的工作頻率轉(zhuǎn)化為 驅(qū)動(dòng)超聲波換能器AC3)或超聲波換能器B(4)工作的正弦信號(hào)；多路選擇器或者模擬開關(guān)(10)，與單片機(jī)(1)相連，用于控制超聲波換能器A(3)和超 聲波換能器B (4)的工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于，所述超聲波相 位差法接收處理電路( 包括鑒相器電路(11)，用于獲取超聲波換能器B(4)或超聲波換能器A(3)接收到的信號(hào)Sl 與驅(qū)動(dòng)超聲波換能器AC3)或超聲波換能器B(4)發(fā)射工作相同的信號(hào)S2之間的相位差Fl 或F2 ；F/V轉(zhuǎn)換電路(12)，將鑒相器電路(11)得出的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為一個(gè)穩(wěn)定的電壓，并 經(jīng)過ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(13)與單片機(jī)(1)相連；分頻電路(7)，用于給鑒相器電路(11)提供與驅(qū)動(dòng)超聲波換能器AC3)或超聲波換能器 B (4)發(fā)射工作相同的信號(hào)S2;多路選擇器或者模擬開關(guān)(10)，與單片機(jī)(1)相連，用于控制超聲波換能器A(3)和超 聲波換能器B (4)的工作狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于所述超聲波換 能器AC3)和超聲波換能器B(4)為具有超聲波發(fā)射和接收功能的傳感裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種相位差式超聲波流量計(jì)量裝置，其特征在于包括安裝在管道(6)內(nèi)或者管道(6)邊緣的超聲波換能器A(3)和超聲波換能器B(4)；超聲波換能器A(3)和超聲波換能器B(4)經(jīng)過被單片機(jī)(1)控制的多路選擇器或者模擬開關(guān)(10)與被單片機(jī)(1)控制的超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路(2)和超聲波相位差法接收處理電路(5)相連。本實(shí)用新型使用分立器件實(shí)現(xiàn)一種相位差式的超聲波流量計(jì)量，不僅計(jì)量方便，不易受信號(hào)強(qiáng)弱影響，對單片機(jī)的要求比較低，而且具有低成本、低功耗優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F1/66GK201828295SQ20102058038
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者朱新里, 賈靈, 陳秋煌 申請人:利爾達(dá)科技有限公司