BR102021006285A2 - DIGITAL TRANSIT TIME FLOW METERS USING REVERSE TIME ACOUSTIC - Google Patents

DIGITAL TRANSIT TIME FLOW METERS USING REVERSE TIME ACOUSTIC Download PDF

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BR102021006285A2
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Markus Helfenstein
Florian Strasser
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H5/00Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves

Abstract

Um microcontrolador e um método para determinar uma velocidade de fluxo com uma unidade de processamento eletrônico de um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico com sinais de forma de onda arbitrários. A unidade de processamento eletrônico compreende terminais de receptor e transmissor, uma unidade de processamento de sinal e uma unidade de geração de sinal que é configurada para gerar um sinal de saída elétrico oscilante com uma amplitude dependente do tempo, em que a amplitude dependente do tempo varia de acordo com os parâmetros de sinal armazenados.

Figure 102021006285-1-abs
A microcontroller and a method for determining a flow velocity with an electronic processing unit of an ultrasonic travel time flowmeter with arbitrary waveform signals. The electronic processing unit comprises receiver and transmitter terminals, a signal processing unit and a signal generation unit which is configured to generate an oscillating electrical output signal having a time-dependent amplitude, wherein the time-dependent amplitude varies according to the stored signal parameters.
Figure 102021006285-1-abs

Description

MEDIDORES DE FLUXO DE TEMPO DE TRÂNSITO DIGITAL USANDO ACÚSTICA DE TEMPO REVERSODIGITAL TRANSIT TIME FLOW METERS USING REVERSE TIME ACOUSTICS

[001] O pedido atual se refere a medidores de fluxo e, em particular, a medidores de fluxo de tempo de trânsito de ultrassom.[001] The current order refers to flowmeters, and in particular to ultrasound transit time flowmeters.

[002] Vários tipos de medidores de fluxo estão atualmente em uso para medir o fluxo de volume de um fluido, como um líquido ou um gás, através de um tubo. Os medidores de fluxo ultrassônicos são medidores de fluxo Doppler, que fazem uso do efeito Doppler acústico, ou medidores de fluxo de tempo de trânsito, às vezes também chamados de medidores de fluxo de transmissão, que usam uma diferença de tempo de propagação causada pelo movimento relativo da fonte e do meio. O tempo de viagem também é conhecido como tempo de vôo ou tempo de trânsito.[002] Various types of flowmeters are currently in use to measure the volume flow of a fluid, such as a liquid or a gas, through a pipe. Ultrasonic flowmeters are either Doppler flowmeters, which make use of the acoustic Doppler effect, or transit time flowmeters, sometimes also called transmission flowmeters, which use a propagation time difference caused by motion. relative to source and medium. Travel time is also known as flight time or transit time.

[003] Um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico avalia a diferença do tempo de propagação de pulsos ultrassônicos que se propagam na e contra a direção do fluxo. Os medidores de fluxo ultrassônicos são fornecidos como medidores de fluxo em linha, também conhecidos como medidores de fluxo intrusivo ou úmido, ou como medidores de fluxo clamp-on, também conhecidos como medidores de fluxo não intrusivos. Outras formas de medidores de fluxo incluem canais de Venturi, soleiras de estouro, medidores de fluxo por radar, medidores de fluxo Coriolis, medidores de fluxo de pressão diferencial, medidores de fluxo magnéticos indutivos e outros tipos de medidores de fluxo.[003] An ultrasonic travel time flowmeter evaluates the difference in the propagation time of ultrasonic pulses that propagate in and against the flow direction. Ultrasonic flowmeters are supplied as in-line flowmeters, also known as intrusive or wet flowmeters, or as clamp-on flowmeters, also known as non-intrusive flowmeters. Other forms of flowmeters include Venturi channels, overflow sills, radar flowmeters, Coriolis flowmeters, differential pressure flowmeters, inductive magnetic flowmeters, and other types of flowmeters.

[004] Quando há perfis de fluxo irregulares ou canais abertos, mais de um caminho de propagação pode ser necessário para determinar a velocidade média do fluxo. Entre outros, procedimentos de caminhos múltiplos são descritos em padrões hidrométricos como IEC 41 ou EN ISO 6416. Como uma aplicação adicional, medidores de fluxo ultrassônicos também são usados para medir perfis de fluxo, por exemplo, com um perfilador de corrente Doppler acústico (ADCP). O ADCP também é adequado para medir a velocidade da água e vazão em rios e águas abertas.[004] When there are irregular flow profiles or open channels, more than one propagation path may be required to determine the average flow velocity. Among others, multipath procedures are described in hydrometric standards such as IEC 41 or EN ISO 6416. As an additional application, ultrasonic flowmeters are also used to measure flow profiles, for example with an acoustic Doppler current profiler (ADCP ). The ADCP is also suitable for measuring water velocity and flow in rivers and open water.

[005] Zhaohong Zhang, "Matched-Filter Ultrasonic Sensing: Theory and Implementation", White Paper SLAA814-December 2017, divulga uma teoria de operação de uma tecnologia de detecção ultrassônica baseada em filtro compatível e uma plataforma de implementação de chip único usando o microcontrolador (TI) MSP430FR6047.[005] Zhaohong Zhang, "Matched-Filter Ultrasonic Sensing: Theory and Implementation", White Paper SLAA814-December 2017, discloses a theory of operation of a compatible filter-based ultrasonic sensing technology and a single-chip implementation platform using the microcontroller (TI) MSP430FR6047.

[006] É um objetivo da presente invenção fornecer um medidor de fluxo de tempo de trânsito melhorado e um método implementado por computador correspondente para medir uma velocidade de fluxo média ou um perfil de fluxo de um fluido em geral e, em particular, para líquidos como água e / ou para gases.[006] It is an object of the present invention to provide an improved transit time flowmeter and a corresponding computer-implemented method for measuring an average flow velocity or a flow profile of a fluid in general and in particular for liquids such as water and/or for gases.

[007] Num dispositivo de medição de fluxo de acordo com a presente especificação, transdutores de som, na forma de elementos piezoelétricos, também conhecidos como transdutores piezoelétricos, são usados para gerar e receber um sinal de medição.[007] In a flow measurement device according to the present specification, sound transducers in the form of piezoelectric elements, also known as piezoelectric transducers, are used to generate and receive a measurement signal.

[008] Transmissores de som alternativos compreendem lasers que excitam uma membrana de metal ou outra superfície de absorção de luz para vibrações, ou alto-falantes acionados por bobina. De acordo com outras modalidades, o medidor de fluxo produz ondas de pressão de outras maneiras, como por meio de um dispositivo MEMS, usando uma membrana piezoelétrica e assim por diante. O lado do receptor também pode ser representado por outros meios que são diferentes dos transdutores piezoelétricos, mas detectam ondas ultrassônicas[008] Alternative sound transmitters comprise lasers that excite a metal membrane or other light-absorbing surface to vibrations, or coil-driven loudspeakers. According to other embodiments, the flowmeter produces pressure waves in other ways, such as through a MEMS device, using a piezoelectric membrane, and so on. The receiver side can also be represented by other means that are different from piezoelectric transducers but detect ultrasonic waves

[009] Embora o termo "transdutor piezoelétrico" seja usado com frequência na presente descrição, ele também significa outros transdutores de ondas sonoras que produzem ou detectam ondas ultrassônicas.[009] Although the term "piezoelectric transducer" is used frequently in the present description, it also means other sound wave transducers that produce or detect ultrasonic waves.

[010] Um sinal de medição de acordo com a presente especificação pode ser modelado por um filtro casado. Quando a palavra "sinal" é usada com referência a uma etapa de manipulação de sinal, pode, em particular, referir-se a uma representação de um sinal em uma memória de computador.[010] A measurement signal according to the present specification can be modeled by a matched filter. When the word "signal" is used with reference to a signal manipulation step, it may, in particular, refer to a representation of a signal in computer memory.

[011] Em particular, uma representação de sinal pode ser definida por pares de valores de amplitudes digitalizadas e tempos discretos associados.[011] In particular, a signal representation can be defined by pairs of digitized amplitude values and associated discrete times.

[012] Um medidor de fluxo ultrassônico de acordo com a presente especificação pode fornecer propriedades desejadas de uma propriedade de focagem usando um sinal de forma arbitrária, para um medidor de fluxo ultrassônico obter um sinal com as propriedades desejadas em um transdutor receptor ou através de cálculos após o ADC receptor[012] An ultrasonic flow meter according to the present specification can provide desired properties of a focusing property using a signal in an arbitrary way, for an ultrasonic flow meter to obtain a signal with the desired properties in a receiving transducer or through calculations after receiving ADC

[013] A título de exemplo, a frequência das ondas sonoras que são utilizadas em um medidor de fluxo de acordo com a invenção pode estar entre 20 kHz e 2 MHz, o que corresponde a um período de oscilação de 0,5 microssegundos (μs), mas pode até ser tão alto quanto 800 MHz.[013] By way of example, the frequency of sound waves that are used in a flow meter according to the invention may be between 20 kHz and 2 MHz, which corresponds to an oscillation period of 0.5 microseconds (μs ), but can even be as high as 800 MHz.

[014] Em um aspecto, a presente especificação divulga um microcontrolador para determinar uma velocidade de fluxo com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico usando um sinal digitalizado invertido no tempo. Em particular, o medidor de fluxo pode ser "totalmente digital" no sentido de que a avaliação do sinal é feita por processamento de sinal digital e os sinais elétricos aplicados aos transdutores ultrassônicos são sinais de degrau, que também podem ser considerados sinais digitais. Em outras palavras, os sinais elétricos têm uma sequência de níveis de tensão discretos que são constantes ao longo de tempos de amostragem predeterminados. Assim, não há necessidade de um DAC com uma parte analógica e o DAC pode ser substituído por um gerador de pulsos.[014] In one aspect, the present specification discloses a microcontroller for determining a flow velocity with an ultrasonic travel time flowmeter using a time-inverted digitized signal. In particular, the flowmeter can be "fully digital" in the sense that the signal evaluation is done by digital signal processing and the electrical signals applied to the ultrasonic transducers are step signals, which can also be considered digital signals. In other words, electrical signals have a sequence of discrete voltage levels that are constant over predetermined sampling times. Thus, there is no need for a DAC with an analog part and the DAC can be replaced with a pulse generator.

[015] O microcontrolador é capaz de gerar sinais de pulso arbitrários. Em particular, o microcontrolador pode ser configurado para gerar trens de pulso com frequência e comprimento arbitrários.[015] The microcontroller is capable of generating arbitrary pulse signals. In particular, the microcontroller can be configured to generate pulse trains of arbitrary frequency and length.

[016] O microcontrolador de acordo com a presente especificação pode compreender vários terminais de saída de buffer, por exemplo, quatro ou oito terminais de saída, em vez de apenas um. Para o efeito, o microcontrolador pode compreender vários buffers, por exemplo, quatro ou oito buffers, numa estrutura paralela, o que permite uma saída multiplexada no tempo de todos os sinais para todos os respectivos canais ou buffers.[016] The microcontroller according to the present specification may comprise multiple buffered output terminals, for example, four or eight output terminals, instead of just one. For this purpose, the microcontroller may comprise several buffers, for example four or eight buffers, in a parallel structure, which allows a time-multiplexed output of all signals to all respective channels or buffers.

[017] Em outras palavras, um caminho de transmissor ou um caminho de geração de sinal em um chip ou FGPA, ou um caminho conectado a tal chip ou FPGA é operativo para gerar trens de pulsos arbitrários com comprimento de pulso escolhido arbitrariamente. Aqui, "arbitrário" significa arbitrário dentro de uma faixa e precisão pré-determinadas, por exemplo, dentro de uma faixa de frequência mínima e máxima pré-determinada e dentro de uma precisão prédeterminada[017] In other words, a transmitter path or a signal generation path on a chip or FGPA, or a path connected to such a chip or FPGA is operative to generate arbitrary pulse trains with arbitrarily chosen pulse length. Here "arbitrary" means arbitrary within a predetermined range and accuracy, e.g. within a predetermined minimum and maximum frequency range and within a predetermined accuracy

[018] O microcontrolador compreende um primeiro terminal receptor para conectar um primeiro transdutor ultrassônico, um primeiro terminal transmissor para conectar o primeiro transdutor ultrassônico, um segundo terminal receptor para conectar um segundo transdutor ultrassônico, um segundo terminal transmissor para conectar o segundo transdutor ultrassônico. Os terminais do receptor e os terminais do transmissor também são chamados de "conectores".[018] The microcontroller comprises a first receiver terminal for connecting a first ultrasonic transducer, a first transmitter terminal for connecting the first ultrasonic transducer, a second receiver terminal for connecting a second ultrasonic transducer, a second transmitter terminal for connecting the second ultrasonic transducer. The receiver terminals and the transmitter terminals are also called "connectors".

[019] Em uma modalidade, o primeiro terminal receptor e o primeiro terminal transmissor e o segundo terminal receptor e o segundo terminal transmissor coincidem. Isso pode ser especialmente útil quando não há envio e recebimento sobrepostos.[019] In one embodiment, the first receiver terminal and the first transmitter terminal and the second receiver terminal and the second transmitter terminal coincide. This can be especially useful when you don't have overlapping sending and receiving.

[020] O primeiro terminal receptor e o segundo terminal receptor são conectados a uma unidade de processamento de sinal ou meio de processamento de sinal, que é fornecido para avaliar os sinais recebidos dos transdutores. A unidade de processamento de sinal compreende um conversor analógico-digital (ADC) e um circuito de avaliação. Diferente de um circuito de temporizador simples, o ADC pode fornecer várias opções para calcular a forma de um sinal.[020] The first receiver terminal and the second receiver terminal are connected to a signal processing unit or signal processing means, which is provided for evaluating the signals received from the transducers. The signal processing unit comprises an analogue-to-digital converter (ADC) and an evaluation circuit. Unlike a simple timer circuit, the ADC can provide several options for calculating the shape of a signal.

[021] Uma forma de sinal prevista pode ser usada para reduzir a taxa de amostragem e / ou resolução de amplitude do ADC. Em particular, os recursos de economia de energia podem fazer uso de uma forma de sinal de acordo com a presente especificação. A taxa de amostragem e / ou a amplitude de precisão da digitalização de amplitude do ADC também pode ser não uniforme e dependente do tempo para reduzir ainda mais o consumo de energia e esta dependência do tempo pode depender de uma forma de sinal prevista. Além disso, o ADC pode ser ligado somente após um tempo especificado após o envio do sinal de medição e desligado novamente após o sinal de resposta ter sido recebido.[021] A predicted signal shape can be used to reduce the sampling rate and/or amplitude resolution of the ADC. In particular, power saving features may make use of a signal shape in accordance with the present specification. The sampling rate and/or the accuracy range of the ADC amplitude scanning can also be non-uniform and time dependent to further reduce power consumption and this time dependence can depend on a predicted signal shape. Furthermore, the ADC can be turned on only after a specified time after sending the measurement signal and turned off again after the response signal has been received.

[022] O primeiro terminal transmissor e o segundo terminal transmissor são conectados a uma unidade geradora de sinal. A unidade geradora de sinal compreende uma memória para armazenar parâmetros de sinal e um buffer.[022] The first transmitter terminal and the second transmitter terminal are connected to a signal generating unit. The signal generating unit comprises a memory for storing signal parameters and a buffer.

[023] A unidade geradora de sinal e a unidade de processamento de sinal são configuradas para enviar o sinal de saída elétrico oscilante para o primeiro terminal transmissor e para receber um sinal de resposta no segundo terminal receptor e para derivar uma velocidade de fluxo de um fluido de pelo menos o sinal de resposta recebido[023] The signal generating unit and the signal processing unit are configured to send the oscillating electrical output signal to the first transmitting terminal and to receive a response signal at the second receiving terminal and to derive a flow rate from a fluid of at least the received reply signal

[024] Em uma modalidade, o buffer da unidade geradora de sinal é conectado a uma unidade de modulação por largura de pulso (PWM), que é conectada a um filtro passa-baixa. Uma modulação de largura de pulso pode fornecer uma maneira simples e robusta de gerar um sinal elétrico analógico a partir de um sinal digital, que é então aplicado a um transdutor ultrassônico, como um piezoelemento, uma piezo-membrana ou uma membrana de alto-falante, um microeletromecânico elemento ou outro tipo de transdutor. Ao usar a eletrônica de potência, o sinal de saída de uma modulação de largura de pulso pode ser tornado suficientemente grande, de modo que, em muitos casos, nenhuma amplificação de sinal adicional é necessária. O PWM pode fornecer uma qualidade suficiente do sinal analógico resultante.[024] In one embodiment, the signal generating unit buffer is connected to a pulse width modulation (PWM) unit, which is connected to a low-pass filter. Pulse-width modulation can provide a simple and robust way to generate an analog electrical signal from a digital signal, which is then applied to an ultrasonic transducer such as a piezoelement, piezomembrane, or speaker membrane. , a microelectromechanical element, or another type of transducer. By using power electronics, the output signal of a pulse-width modulation can be made large enough that, in many cases, no additional signal amplification is needed. PWM can provide sufficient quality of the resulting analog signal.

[025] O PWM do microcontrolador também pode ser usado com uma filtragem de passagem baixa ou fraca após a saída do buffer ou o PWM para gerar um sinal de saída com uma forma de degrau ou uma forma de degrau. Para este fim, o filtro passa-baixo pode ser fornecido como um filtro passa-baixo ajustável ou comutável.[025] The microcontroller PWM can also be used with a low or weak pass filtering after the buffer output or the PWM to generate an output signal with a step shape or a step shape. To this end, the low-pass filter can be provided as an adjustable or switchable low-pass filter.

[026] Os sinais PWM armazenam informações de amplitude nas informações de tempo do sinal. A granularidade da resolução de tempo tem um impacto na resolução do sinal PWM. Por esse motivo, o gerador de sinal PWM pode ser projetado para fornecer uma frequência mais alta do que um ADC comparável, por exemplo, 10 vezes mais alta. A amplitude do gerador de sinal PWM pode ser a mesma ou semelhante a um gerador de pulso.[026] PWM signals store amplitude information in the signal's timing information. The granularity of the time resolution has an impact on the resolution of the PWM signal. For this reason, the PWM signal generator can be designed to deliver a higher frequency than a comparable ADC, for example 10 times higher. The amplitude of the PWM signal generator can be the same or similar to a pulse generator.

[027] Em uma outra modalidade, a unidade geradora de sinal do microcontrolador compreende uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA), que é conectada a um conector de entrada / saída digital. A unidade geradora de sinal é operativa para derivar o sinal oscilante de um sinal de saída do FPGA, em que o sinal de saída do FPGA é modificado fornecendo instruções de programação através do conector de entrada / saída digital.[027] In another embodiment, the microcontroller signal generating unit comprises an array of field-programmable gates (FPGA), which is connected to a digital input / output connector. The signal generating unit is operative to derive the oscillating signal from an FPGA output signal, wherein the FPGA output signal is modified by providing programming instructions through the digital input/output connector.

[028] Em particular, o FPGA pode conter uma lógica ou arranjo de circuito para derivar um sinal de saída desejado dos parâmetros de sinal fornecidos. Entre outros, os parâmetros do sinal podem ser lidos de uma memória, précomputados ou computados em tempo real. Em uma modalidade, o cálculo dos parâmetros de sinal dos quais o sinal de saída é derivado depende de um sinal recebido.[028] In particular, the FPGA may contain a logic or circuit arrangement for deriving a desired output signal from the given signal parameters. Among others, the signal parameters can be read from a memory, precomputed or computed in real time. In one embodiment, calculating the signal parameters from which the output signal is derived depends on a received signal.

[029] Em uma outra modalidade, a unidade geradora de sinal é configurada para gerar um trem de sinal, o trem de sinal compreendendo porções de sinal oscilantes que são separadas por períodos de silêncio predeterminados em que uma tensão de saída é constante, em particular a tensão de saída pode ser zero durante período de silêncio. Em uma modalidade, as porções de sinal oscilantes são repetidas em intervalos regulares. Em outra modalidade, a duração das porções de sinal oscilantes e dos intervalos de tempo entre elas é determinada por um cálculo. Em particular, o cálculo dos intervalos de tempo pode compreender um componente aleatório ou jitter dentro de uma faixa de magnitude pré-determinada, em que as porções de sinal oscilante têm uma distância variável no tempo umas das outras.[029] In another embodiment, the signal generating unit is configured to generate a signal train, the signal train comprising oscillating signal portions that are separated by predetermined periods of silence in which an output voltage is constant, in particular output voltage may be zero during quiet period. In one embodiment, the oscillating signal portions are repeated at regular intervals. In another embodiment, the duration of the oscillating signal portions and the time intervals between them is determined by a calculation. In particular, the calculation of the time intervals may comprise a random component or jitter within a predetermined magnitude range, wherein the oscillating signal portions have a time-varying distance from each other.

[030] De acordo com uma outra modalidade, a geração de sinal do sinal oscilante compreende a aplicação de uma modulação de largura de pulso e a aplicação de um filtro passa-baixa ao sinal de saída da modulação de largura de pulso.[030] According to another embodiment, the signal generation of the oscillating signal comprises applying a pulse-width modulation and applying a low-pass filter to the pulse-width modulation output signal.

[031] Em ainda outra modalidade, a geração de sinal do sinal oscilante compreende uma geração de um trem de sinal, o trem de sinal compreendendo porções de sinal oscilantes que são separadas por períodos silenciosos predeterminados em que uma tensão de saída é constante, em que o nível de tensão constante pode ser zero[031] In yet another embodiment, the signal generation of the oscillating signal comprises generating a signal train, the signal train comprising oscillating signal portions that are separated by predetermined silent periods in which an output voltage is constant, in that constant voltage level can be zero

[032] Durante uma medição de uma velocidade de fluxo, o microcontrolador aplica o segundo sinal de medição a um dos transdutores, recebe um sinal de resposta para o segundo sinal de medição no outro dos transdutores e processa o sinal de resposta para derivar uma velocidade de fluxo.[032] During a measurement of a flow velocity, the microcontroller applies the second measurement signal to one of the transducers, receives a response signal for the second measurement signal on the other of the transducers, and processes the response signal to derive a velocity flow.

[033] De acordo com um aspecto, a especificação atual divulga um método implementado por computador para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte ou canal de fluido, em particular em um cano ou tubo, usando um medidor de fluxo ultrassônico de tempo de transmissão. Em uma modalidade preferida, "implementado por computador" refere-se a uma execução em componentes eletrônicos de pequena escala, tais como microprocessadores, ASICs, FPGAs e semelhantes, que podem ser usados em dispositivos portáteis ou compactos de processamento de sinal digital estacionário, que geralmente são menores em tamanho do que estações de trabalho ou computadores mainframe e que podem ser colocados em um local necessário ao longo de um tubo de fluido.[033] According to one aspect, the current specification discloses a computer-implemented method for determining a flow velocity of a fluid in a conduit or fluid channel, in particular in a pipe or tube, using an ultrasonic flowmeter of transmission time. In a preferred embodiment, "computer-implemented" refers to an implementation on small-scale electronic components, such as microprocessors, ASICs, FPGAs, and the like, that can be used in portable or compact stationary digital signal processing devices that they are usually smaller in size than workstations or mainframe computers and can be placed where needed along a fluid pipe.

[034] A seguir, os termos “canal”, “conduíte”, “passagem”, etc. são usados como sinônimos. O assunto do pedido pode ser aplicado a todos os tipos de conduítes para fluidos, independentemente de sua respectiva forma e independentemente de estarem abertos ou fechados. O assunto do pedido também pode ser aplicado a todos os tipos de fluidos ou gases, sejam eles gases ou líquidos, ou uma mistura de ambos.[034] Below, the terms “channel”, “conduit”, “passage”, etc. are used as synonyms. The subject of the order can be applied to all types of fluid conduits, regardless of their respective shape and regardless of whether they are open or closed. The subject of the order can also apply to all types of fluids or gases, whether they are gases or liquids, or a mixture of both.

[035] Em todo o aplicativo, o termo “computador” é freqüentemente usado. Embora um computador inclua dispositivos como um laptop ou computador de mesa, a transmissão e a recepção do sinal também podem ser feitas por microcontroladores, circuitos integrados de aplicativos específicos (ASICs), FPGAs, etc.[035] Throughout the application, the term “computer” is frequently used. Although a computer includes devices such as a laptop or desktop computer, signal transmission and reception can also be done by microcontrollers, application-specific integrated circuits (ASICs), FPGAs, etc.

[036] Além disso, uma linha de conexão entre os transdutores pode ser deslocada em relação a um centro do conduíte de fluido a fim de obter uma velocidade de fluxo em uma camada predeterminada e pode haver mais de um par de transdutores. Além disso, o sinal de medição pode ser fornecido por mais de um transdutor e / ou o sinal de resposta ao sinal de medição pode ser medido por mais de um transdutor.[036] In addition, a connecting line between the transducers can be offset relative to a center of the fluid conduit in order to obtain a flow velocity in a predetermined layer, and there can be more than one pair of transducers. Furthermore, the measurement signal can be provided by more than one transducer and/or the response signal to the measurement signal can be measured by more than one transducer.

[037] Além disso, a especificação atual divulga um dispositivo de medição de fluxo com um primeiro transdutor piezoelétrico que é conectado ao primeiro conector, e com um segundo transdutor ultrassônico, tal como transdutor piezoelétrico, que é conectado ao segundo conector. Em particular, os transdutores ultrassônicos, como transdutores piezoelétricos, podem ser fornecidos com regiões de fixação, como um mecanismo de fixação para fixálos a um tubo.[037] In addition, the current specification discloses a flow measurement device with a first piezoelectric transducer that is connected to the first connector, and with a second ultrasonic transducer, such as a piezoelectric transducer, that is connected to the second connector. In particular, ultrasonic transducers, such as piezoelectric transducers, can be provided with attachment regions, such as an attachment mechanism for attaching them to a pipe.

[038] Além disso, a especificação atual divulga um dispositivo de medição de fluxo com uma porção de tubo. O primeiro transdutor ultrassônico, como o transdutor piezoelétrico, é montado na parte do tubo em um primeiro local e o segundo transdutor ultrassônico, como o transdutor piezoelétrico é montado na parte do tubo em um segundo local. Em particular, os transdutores podem ser fixados à parte do tubo. Fornecer ao dispositivo uma porção de tubo pode fornecer benefícios quando o dispositivo é pré-calibrado em relação à porção de tubo.[038] In addition, the current specification discloses a flow measuring device with a tube portion. The first ultrasonic transducer such as the piezoelectric transducer is mounted on the pipe portion at a first location and the second ultrasonic transducer such as the piezoelectric transducer is mounted on the pipe portion at a second location. In particular, the transducers can be attached to the pipe part. Providing the device with a tube portion can provide benefits when the device is pre-calibrated with respect to the tube portion.

[039] O dispositivo pode ser compacto e portátil. Um dispositivo portátil de acordo com a presente especificação que é equipado com transdutores montáveis em superfície, como transdutores de fixação, pode ser usado para verificar um tubo em qualquer local acessível. Em geral, o dispositivo pode ser estacionário ou portátil. Preferencialmente, o dispositivo é suficientemente compacto para ser colocado em um local desejado e suficientemente protegido contra as condições ambientais, como umidade, calor e substâncias corrosivas.[039] The device can be compact and portable. A portable device according to the present specification that is equipped with surface mountable transducers such as clamp transducers can be used to check a pipe in any accessible location. In general, the device can be stationary or portable. Preferably, the device is compact enough to be placed in a desired location and sufficiently protected from environmental conditions such as moisture, heat and corrosive substances.

[040] Em particular, os componentes eletrônicos específicos da aplicação podem ser fornecidos por componentes eletrônicos que compreendem a memória legível por computador acima mencionada. De acordo com outras modalidades, os componentes eletrônicos específicos do aplicativo são fornecidos por componentes com um circuito cabeado ou configurável, como um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC) ou uma matriz de portas programáveis em campo (FPGA).[040] In particular, the application-specific electronics may be provided by electronics comprising the aforementioned computer-readable memory. According to other embodiments, the application-specific electronics are provided by components with a hard-wired or configurable circuit, such as an application-specific integrated circuit (ASIC) or a field-programmable gate array (FPGA).

[041] Um procedimento de aprendizagem para aprender um sinal pode ser executado conforme abaixo. Aqui, o sinal que é gerado através do procedimento de aprendizagem pode referir-se a um filtro digital ou outra sequência de tempo discreta. O sinal pode ser usado para gerar um sinal de som ou pode ser usado para fins de computação para processar uma versão digitalizada de um sinal de som recebido.[041] A learning procedure to learn a signal can be performed as follows. Here, the signal that is generated through the learning procedure may refer to a digital filter or another discrete time sequence. The signal can be used to generate a sound signal or it can be used for computing purposes to process a digitized version of a received sound signal.

[042] O aprendizado é feito capturando a resposta ao degrau do canal sob condição controlada, por exemplo, em fluxo zero. Isso pode ser feito usando um ou mais pulsos como um sinal de transmissão, que é transmitido através do canal. Aqui, "canal" se refere a um canal de comunicação, que compreende o fluido.[042] Learning is done by capturing the response to the channel step under controlled condition, for example, at zero flow. This can be done using one or more pulses as a broadcast signal, which is transmitted through the channel. Here, "channel" refers to a communication channel, which comprises the fluid.

[043] A resposta da etapa é então processada da seguinte maneira:[043] The step response is then processed as follows:

[044] No caso do sinal gerado por PWM, a resposta ao degrau é revertida no tempo e digitalizada de modo que o sinal de transmissão PWM corresponda à resposta ao degrau invertida no tempo.[044] In the case of the signal generated by PWM, the step response is time-reversed and digitized so that the PWM transmission signal corresponds to the time-reversed step response.

[045] No caso de uma entrada de trem de pulso, a resposta ao degrau do canal é armazenada em um filtro de recepção digital após a conversão analógica para digital.[045] In the case of a pulse train input, the channel step response is stored in a digital receive filter after analog to digital conversion.

[046] Uma fase de medição pode então ser realizada da seguinte forma:[046] A measurement phase can then be performed as follows:

[047] No caso de um sinal PWM ser usado, a resposta impulso do canal reverso no tempo derivada do processo de aprendizagem é usada como um sinal de transmissão, fornecendo o sinal digital reverso no tempo como entrada para um dispositivo PWM e conectando uma saída do PWM-dispositivo para um transdutor ultrassônico.[047] In case a PWM signal is used, the time reversed channel impulse response derived from the learning process is used as a broadcast signal, providing the time reversed digital signal as input to a PWM device and connecting an output from the PWM-device to an ultrasonic transducer.

[048] No caso de um trem de pulso ser usado, o mesmo sinal usado durante a fase de aprendizagem pode ser usado como um sinal de transmissão ou sinal de medição na fase de medição. Por exemplo, um sinal de degrau ou um único pulso ou trem de pulso pode ser usado como sinal de transmissão ou como sinal de medição. Em um exemplo, o trem de pulso tem de 10 a 30 pulsos. O sinal de medição pode, alternativamente, ser mais longo ou mais curto em comparação com a fase de aprendizagem.[048] In case a pulse train is used, the same signal used during the learning phase can be used as a transmission signal or measurement signal in the measurement phase. For example, a step signal or a single pulse or pulse train can be used as a transmission signal or as a measurement signal. In one example, the pulse train has 10 to 30 pulses. The measurement signal can alternatively be longer or shorter compared to the learning phase.

[049] No caso de um sinal PWM ser usado como um sinal de transmissão, o sinal de transmissão dobra com a resposta de impulso do canal e um pico distinto é recebido na entrada do ADC. Em outras palavras, na aproximação de um sistema LTI (Linear Time Invariant-system), o sinal de resposta recebido é uma convolução do sinal de transmissão com a resposta de impulso previamente determinada do canal.[049] In case a PWM signal is used as a broadcast signal, the broadcast signal bends with the impulse response of the channel and a distinct peak is received at the input of the ADC. In other words, in the approximation of an LTI system (Linear Time Invariant-system), the received response signal is a convolution of the transmission signal with the previously determined impulse response of the channel.

[050] O sinal recebido é digitalizado e o pico do sinal é, por exemplo, usado para derivar a informação do tempo de viagem. Isso pode ser feito por meio de um processo de amostragem de alta resolução ou, alternativamente, por interpolação do sinal recebido. A detecção do pico do sinal mencionado pertence ao PWM, os picos só aparecem logo após o ADC, se o processo de correlação ocorrer no canal.[050] The received signal is digitized and the peak of the signal is, for example, used to derive travel time information. This can be done through a high resolution sampling process or, alternatively, by interpolation of the received signal. The peak detection of the mentioned signal belongs to the PWM, the peaks only appear right after the ADC, if the correlation process takes place in the channel.

[051] O pico também pode ser calculado após o ADC se o filtro inverso armazenado estiver correlacionado com o filtro de recepção.[051] The peak can also be calculated after the ADC if the stored inverse filter is correlated with the receive filter.

[052] No caso de um trem de pulso ser usado como um sinal de transmissão, explicamos que o processamento do sinal pode ser realizado por um método DTRAF ou DTRAC de acordo com a presente invenção. O método DTRAC pode fornecer uma eficiência energética aprimorada em comparação com o método DTRAF. Uma razão para a eficiência aprimorada é que o método DTRAF filtra todos os sinais recebidos com filtros FIR. O método DTRAC, por outro lado, não faz essa operação de consumo de energia, em vez disso, correlaciona os sinais de medição digitalizados diretamente.[052] In case a pulse train is used as a transmission signal, we explain that signal processing can be performed by a DTRAF or DTRAC method according to the present invention. The DTRAC method can provide improved energy efficiency compared to the DTRAF method. One reason for the improved efficiency is that the DTRAF method filters all incoming signals with FIR filters. The DTRAC method, on the other hand, does not do this power-consuming operation, instead it correlates the digitized measurement signals directly.

[053] No caso do DTRAF, o sinal recebido é filtrado com o inverso da resposta do canal previamente armazenado, normalmente em um filtro de resposta ao impulso finito, após a fase de aprendizado. Como resultado desta operação de filtragem, um pico distinto é obtido. Esta operação pode ser feita tanto para os sinais à montante quanto para os à jusante. Os sinais resultantes são então correlacionados e interpolados.[053] In the case of DTRAF, the received signal is filtered with the inverse of the previously stored channel response, usually in a finite impulse response filter, after the learning phase. As a result of this filtering operation, a distinct peak is obtained. This operation can be done for both upstream and downstream signals. The resulting signals are then correlated and interpolated.

[054] Em segundo lugar, no caso DTRAC, os sinais ADC do processo de medição são correlacionados com os sinais de treinamento e, em seguida, interpolados. Isso pode ser feito novamente para sinais a montante e a jusante, de modo que uma diferença de tempo de viagem ΔT entre os sinais a montante e a jusante possa ser calculada.[054] Second, in the DTRAC case, the ADC signals from the measurement process are correlated with the training signals and then interpolated. This can again be done for upstream and downstream signals, so that a travel time difference ΔT between the upstream and downstream signals can be calculated.

[055] O assunto da presente especificação é agora explicado em mais detalhes com respeito a várias figuras, em que:[055] The subject of the present specification is now explained in more detail with respect to several figures, in which:

[056] A Fig. 1 mostra um primeiro arranjo de medidor de fluxo com dois elementos piezoelétricos;[056] Fig. 1 shows a first flowmeter arrangement with two piezoelectric elements;

[057] A Fig. 2 mostra o arranjo do medidor de fluxo da Fig. 1, um sinal direto e dois sinais espalhados;[057] Fig. 2 shows the flowmeter arrangement of Fig. 1, one direct signal and two scattered signals;

[058] A Fig. 3 mostra o arranjo do medidor de fluxo da Fig. 1 quando visto na direção do fluxo;[058] Fig. 3 shows the flowmeter arrangement of Fig. 1 when viewed in the flow direction;

[059] A Fig. 4 mostra um segundo arranjo de medidor de fluxo com quatro elementos piezoelétricos e quatro sinais diretos;[059] Fig. 4 shows a second flowmeter arrangement with four piezoelectric elements and four direct signals;

[060] A Fig. 5 mostra o arranjo do medidor de fluxo da Fig. 4 quando visto na direção do fluxo[060] Fig. 5 shows the flowmeter arrangement of Fig. 4 when viewed in the flow direction

[061] A Fig. 6 mostra um arranjo de sensor muitos-para-um para uma medição de fluxo de acordo com a presente invenção;[061] Fig. 6 shows a many-to-one sensor arrangement for a flow measurement in accordance with the present invention;

[062] A Fig. 7 mostra um arranjo de sensor um para muitos para uma medição de fluxo de acordo com a presente invenção;[062] Fig. 7 shows a one-to-many sensor arrangement for a flow measurement in accordance with the present invention;

[063] A Fig. 8 mostra um arranjo de sensor um para um para uma medição de fluxo em uma camada de acordo com a presente invenção;[063] Fig. 8 shows a one-to-one sensor arrangement for a flow measurement in a layer according to the present invention;

[064] A Fig. 9 mostra um arranjo de múltiplos sensores para medição de fluxo em múltiplas camadas de acordo com a presente invenção;[064] Fig. 9 shows an arrangement of multiple sensors for measuring flow in multiple layers in accordance with the present invention;

[065] A Fig. 10 mostra um dispositivo para medir uma velocidade de fluxo de acordo com a presente invenção;[065] Fig. 10 shows a device for measuring a flow rate according to the present invention;

[066] A Fig. 11 ilustra um procedimento iterativo para derivar uma forma de onda para uso no medidor de fluxo da Fig. 10;[066] Fig. 11 illustrates an iterative procedure for deriving a waveform for use in the flowmeter of Fig. 10;

[067] A Fig. 12 ilustra um outro procedimento para derivar uma forma de onda para uso no medidor de fluxo da Fig. 10;[067] Fig. 12 illustrates another procedure for deriving a waveform for use in the flowmeter of Fig. 10;

[068] A Fig. 13 ilustra um outro procedimento para derivar uma forma de onda para uso no medidor de fluxo da Fig. 10;[068] Fig. 13 illustrates another procedure for deriving a waveform for use in the flowmeter of Fig. 10;

[069] A Fig. 14 mostra uma comparação entre um sinal PWM de um modulador de largura de pulso, que se aproxima de um sinal TRA invertido no tempo, e o sinal invertido no tempo;[069] Fig. 14 shows a comparison between a PWM signal from a pulse width modulator, which approximates a time-inverted TRA signal, and the time-inverted signal;

[070] A Fig. 15 mostra uma comparação entre um sinal de resposta ao sinal PWM da Fig. 15 e um sinal de resposta ao sinal invertido no tempo da Fig. 15;[070] Fig. 15 shows a comparison between a response signal to the PWM signal of Fig. 15 and a response signal to the time-inverted signal of Fig. 15;

[071] A Fig. 16 mostra os resultados da simulação para um TRA correlacionado com base em PWM;[071] Fig. 16 shows the simulation results for a PWM-based correlated TRA;

[072] A Fig. 17 mostra os resultados da simulação para sinais gerados com o método de correlação TRA digital mostrado na Fig. 21;[072] Fig. 17 shows simulation results for signals generated with the digital TRA correlation method shown in Fig. 21;

[073] A Fig. 18 mostra os resultados da simulação para sinais gerados com o método de filtragem TRA digital mostrado na Fig. 19;[073] Fig. 18 shows simulation results for signals generated with the digital TRA filtering method shown in Fig. 19;

[074] A Fig. 19 mostra uma visualização do método DTRAF como um diagrama de blocos;[074] Fig. 19 shows a visualization of the DTRAF method as a block diagram;

[075] A Fig. 20 mostra uma ilustração de uma interpolação de pico geral para determinar um máximo de uma função de correlação;[075] Fig. 20 shows an illustration of a general peak interpolation for determining a maximum of a correlation function;

[076] A Fig. 21 mostra uma visualização do método DTRAC como um diagrama de blocos, e[076] Fig. 21 shows a visualization of the DTRAC method as a block diagram, and

[077] A Fig. 22 mostra uma outra modalidade de um dispositivo de medição de velocidade de fluxo proposto.[077] Fig. 22 shows another embodiment of a proposed flow rate measuring device.

[078] Na descrição a seguir, detalhes são fornecidos para descrever as modalidades da presente invenção. Deve ser evidente para um versado na técnica, no entanto, que as modalidades podem ser praticadas sem tais detalhes.[078] In the following description, details are provided to describe the embodiments of the present invention. It should be apparent to one skilled in the art, however, that the embodiments can be practiced without such details.

[079] Algumas partes das modalidades, que são mostradas nas Figuras, têm partes semelhantes. As partes semelhantes têm os mesmos nomes ou números de partes semelhantes com um símbolo primo ou com um símbolo alfabético. A descrição de tais partes semelhantes também se aplica por referência a outras partes semelhantes, quando apropriado, reduzindo assim a repetição de texto sem limitar a divulgação[079] Some parts of the embodiments, which are shown in the Figures, have similar parts. Like parts have the same names or numbers as like parts with a prime symbol or an alphabetic symbol. The description of such similar parts also applies by reference to other similar parts, where appropriate, thereby reducing repetition of text without limiting disclosure.

[080] A Fig. 1 mostra um primeiro arranjo de medidor de fluxo (10). No arranjo de medidor de fluxo, um primeiro elemento piezoelétrico (11) é colocado em uma parede externa de um tubo (12), que também é referido como um tubo (12). Um segundo elemento piezelétrico (13) é colocado em um lado oposto do tubo (12) de modo que uma linha direta entre o elemento piezoelétrico (11) e o elemento piezelétrico a jusante (13) seja orientado em um ângulo β com a direção (14) do fluxo médio, que é ao mesmo tempo também a direção do tubo (12) eixo de simetria. O ângulo β é escolhido para ser de aproximadamente 45 graus no exemplo da Fig. 1, mas também pode ser mais inclinado, como, por exemplo 60 graus, ou mais raso, como por exemplo 30 graus.[080] Fig. 1 shows a first flowmeter arrangement (10). In the flowmeter arrangement, a first piezoelectric element (11) is placed on an outer wall of a tube (12), which is also referred to as a tube (12). A second piezoelectric element (13) is placed on an opposite side of the tube (12) such that a straight line between the piezoelectric element (11) and the downstream piezoelectric element (13) is oriented at an angle β with the direction ( 14) of the mean flow, which is at the same time also the direction of the tube (12) axis of symmetry. The angle β is chosen to be approximately 45 degrees in the example of Fig. 1, but it can also be steeper, like 60 degrees, or shallower, like 30 degrees.

[081] Um elemento piezoelétrico, tal como os elementos piezoelétricos (11), (13) da Fig. 1 pode, em geral, ser operado como um transmissor acústico e como um sensor acústico. Um transmissor acústico e um sensor acústico podem ser fornecidos pelo mesmo elemento piezoelétrico ou por diferentes regiões do mesmo elemento piezoelétrico. Neste caso, um elemento ou transdutor piezoelétrico também é referido como transmissor piezoelétrico quando é operado como transmissor ou fonte de som e também é referido como sensor ou receptor acústico quando é operado como sensor acústico.[081] A piezoelectric element, such as the piezoelectric elements (11), (13) of Fig. 1 can, in general, be operated as an acoustic transmitter and as an acoustic sensor. An acoustic transmitter and an acoustic sensor can be provided by the same piezoelectric element or by different regions of the same piezoelectric element. In this case, a piezoelectric element or transducer is also referred to as a piezoelectric transmitter when it is operated as a sound transmitter or source and is also referred to as an acoustic sensor or receiver when it is operated as an acoustic sensor.

[082] Quando uma direção de fluxo é como mostrado na Fig. 1, o primeiro elemento piezoelétrico (11) também é referido como elemento piezoelétrico "a montante" e o segundo elemento piezoelétrico (13) é também referido como elemento piezoelétrico "a jusante". Um medidor de fluxo de acordo com a presente especificação funciona para ambas as direções de fluxo essencialmente da mesma maneira e a direção de fluxo da Fig. 1 é fornecida apenas a título de exemplo.[082] When a flow direction is as shown in Fig. 1, the first piezoelectric element (11) is also referred to as the "upstream" piezoelectric element and the second piezoelectric element (13) is also referred to as the "downstream" piezoelectric element. A flow meter according to the present specification works for both flow directions in essentially the same way and the flow direction of Fig. 1 is provided as an example only.

[083] A Fig. 1 mostra um fluxo de sinais elétricos da Fig. 1 para uma configuração em que o elemento piezelétrico a montante (11) é operado como um transdutor piezoelétrico e o elemento piezoelétrico a jusante (13) é operado como um sensor acústico. Para fins de clareza, o aplicativo funciona a montante e a jusante, ou seja, as posições dos elementos piezoelétricos podem ser trocadas.[083] Fig. 1 shows a flow of electrical signals from Fig. 1 for a configuration in which the upstream piezoelectric element (11) is operated as a piezoelectric transducer and the downstream piezoelectric element (13) is operated as an acoustic sensor. For the sake of clarity, the application works both upstream and downstream, i.e. the positions of the piezoelectric elements can be interchanged.

[084] Uma primeira unidade de computação (15) é conectada ao elemento piezoelétrico a montante (11) e uma segunda unidade de computação 16 é conectada ao elemento piezelétrico a jusante (13). A primeira unidade de computação (15) compreende um primeiro processador de sinal digital, um primeiro buffer digital e um primeiro conversor digital analógico (ADC). Da mesma forma, a segunda unidade de computação (16) compreende um segundo processador de sinal digital, um segundo buffer digital e um segundo conversor digital analógico (ADC). A primeira unidade de computação (15) está conectada à segunda unidade de computação (16).[084] A first computing unit (15) is connected to the upstream piezoelectric element (11) and a second computing unit 16 is connected to the downstream piezoelectric element (13). The first computing unit (15) comprises a first digital signal processor, a first digital buffer and a first digital to analog converter (ADC). Likewise, the second computing unit (16) comprises a second digital signal processor, a second digital buffer and a second digital to analog converter (ADC). The first computing unit (15) is connected to the second computing unit (16).

[085] O arranjo com duas unidades de computação (15), (16) mostrado na Fig. 1 é fornecido apenas a título de exemplo. Outras modalidades podem ter diferentes números e arranjos de unidades de computação. Por exemplo, pode haver apenas uma unidade de computação central ou pode haver dois ADC ou unidades de buffer e uma unidade de computação central, ou pode haver duas unidades de computação em pequena escala nos transdutores e uma unidade de computação central maior.[085] The arrangement with two computing units (15), (16) shown in Fig. 1 is provided as an example only. Other embodiments may have different numbers and arrangements of computation units. For example, there may be only one central computing unit, or there may be two ADC or buffer units and one central computing unit, or there may be two small-scale computing units on the transducers and a larger central computing unit.

[086] Uma unidade de computação ou unidades de computação podem ser fornecidas por microcontroladores ou circuitos integrados de aplicativos específicos (ASICs) ou matrizes de portas programáveis em campo (FPGAs), por exemplo.[086] A computing unit or computing units can be provided by microcontrollers or application-specific integrated circuits (ASICs) or field-programmable gate arrays (FPGAs), for example.

[087] Um método para executar um processo de medição de acordo com a presente invenção compreende as seguintes etapas:[087] A method for performing a measurement process according to the present invention comprises the following steps:

[088] Um sinal de medição digital pré-determinado é gerado sintetizando um sinal elétrico com o processador de sinal digital da primeira unidade de computação (15). O sinal elétrico é enviado da primeira unidade de computação (15) para o transdutor piezoelétrico (11) ao longo do caminho de sinal (17). O transdutor piezoelétrico (11) gera um sinal de teste ultrassônico correspondente. As unidades (15) e (16) também podem ser fornecidas em uma única unidade.[088] A predetermined digital measurement signal is generated by synthesizing an electrical signal with the digital signal processor of the first computing unit (15). The electrical signal is sent from the first computing unit (15) to the piezoelectric transducer (11) along the signal path (17). The piezoelectric transducer (11) generates a corresponding ultrasonic test signal. Units (15) and (16) can also be supplied in a single unit.

[089] O sinal de medição é fornecido como uma forma de onda arbitrária. Por exemplo, a forma de onda arbitrária pode ser fornecida por uma oscilação modulada por largura de pulso com uma frequência de base na faixa de MHz, tal como uma oscilação de 1 MHz. A forma de onda arbitrária também pode representar um impulso de unidade[089] The measurement signal is provided as an arbitrary waveform. For example, the arbitrary waveform can be provided by a pulse width modulated wobble with a base frequency in the MHz range, such as a 1 MHz wobble. The arbitrary waveform can also represent a unit pulse

[090] O sinal de teste ultrassônico viaja através do fluido (por exemplo, líquido) no tubo (12) para o sensor piezoelétrico (13). Na Fig. 1, um caminho de sinal direto do sinal de ultrassom é indicado por uma seta (18). Da mesma forma, um caminho de sinal direto do o sinal ultrassônico na direção reversa é indicado por uma seta (19). Um sinal de resposta é captado pelo sensor piezoelétrico (13), enviado para a segunda unidade de computação (16) ao longo do caminho de sinal (20) e digitalizado pela segunda unidade de computação (16).[090] The ultrasonic test signal travels through the fluid (eg liquid) in the tube (12) to the piezoelectric sensor (13). In Fig. 1, a direct signal path of the ultrasound signal is indicated by an arrow (18). Likewise, a direct signal path from the ultrasonic signal in the reverse direction is indicated by an arrow (19). A response signal is picked up by the piezoelectric sensor (13), sent to the second computing unit (16) along the signal path (20) and digitized by the second computing unit (16).

[091] Em uma etapa adicional, um sinal de medição digital é derivado do sinal de resposta digitalizado por meio de processamento de sinal. De acordo com outras modalidades, a derivação do sinal de medição compreende outras etapas de processamento.[091] In an additional step, a digital measurement signal is derived from the digitized response signal through signal processing. According to other embodiments, deriving the measurement signal comprises further processing steps.

[092] Em um medidor de fluxo de acordo com uma modalidade da presente especificação, o mesmo sinal de medição é usado para ambas as direções (18), (19), a direção a jusante e a montante, fornecendo um arranjo simples e eficiente. De acordo com outras modalidades, diferentes sinais de medição são usados para ambas as direções. Em particular, o sinal de medição pode ser aplicado ao receptor original do sinal de teste. Tais arranjos podem fornecer benefícios para condições assimétricas e formatos de tubos.[092] In a flow meter according to an embodiment of the present specification, the same measurement signal is used for both directions (18), (19), the downstream and upstream direction, providing a simple and efficient arrangement . According to other embodiments, different measurement signals are used for both directions. In particular, the measurement signal can be applied to the original test signal receiver. Such arrangements can provide benefits for asymmetric conditions and tube shapes.

[093] A operação do medidor de fluxo é agora explicada em mais detalhes em relação à Fig 1.[093] The operation of the flow meter is now explained in more detail in relation to Fig 1.

[094] O sinal de medição de ultrassom viaja através do líquido no tubo (12) para o sensor piezoelétrico (13). Um sinal de resposta é captado pelo sensor piezoelétrico (13), enviado para a segunda unidade de computação (16) ao longo do caminho de sinal (20) e digitalizado pela segunda unidade de computação (16)[094] The ultrasound measurement signal travels through the liquid in the tube (12) to the piezoelectric sensor (13). A response signal is picked up by the piezoelectric sensor (13), sent to the second computing unit (16) along the signal path (20) and digitized by the second computing unit (16)

[095] Um processo semelhante é realizado para um sinal viajando na direção reversa (19), ou seja, o sinal de medição acima mencionado é aplicado ao elemento piezelétrico a jusante (13) e um sinal de resposta é medido pelo elemento piezoelétrico a montante (11) para obter um tempo de vôo a montante TOFup na direção reversa (19). A primeira unidade de computação (15) determina uma velocidade de fluxo, por exemplo, de acordo com a fórmula

Figure img0001
em que L é o comprimento do caminho direto entre os elementos piezelétricos (11), (13), β é o ângulo de inclinação do caminho direto entre os elementos piezelétricos (11), (13) e a direção do fluxo médio, e c é a velocidade do som em o líquido sob as condições de pressão e temperatura dadas.[095] A similar process is performed for a signal traveling in the reverse direction (19), that is, the aforementioned measurement signal is applied to the downstream piezoelectric element (13) and a response signal is measured by the upstream piezoelectric element (11) to obtain a TOFup upstream flight time in the reverse direction (19). The first computing unit (15) determines a flow rate, for example according to the formula
Figure img0001
where L is the length of the direct path between the piezoelectric elements (11), (13), β is the angle of inclination of the direct path between the piezoelectric elements (11), (13) and the mean flow direction, and c is the speed of sound in the liquid under the given pressure and temperature conditions.

[096] O tempo de vôo à montante é dado por

Figure img0002
[096] The upstream flight time is given by
Figure img0002

[097] Usando esta fórmula, não é necessário determinar a temperatura ou pressão, que por sua vez determina a densidade do fluido e a velocidade do som, ou medir a velocidade do som ou a densidade do fluido diretamente. Em contraste, a primeira ordem do erro não cancela para apenas uma direção de medição.[097] Using this formula, it is not necessary to determine the temperature or pressure, which in turn determine the density of the fluid and the speed of sound, or measure the speed of sound or the density of the fluid directly. In contrast, the first order error does not cancel for only one measurement direction.

[098] Em vez de usar um fator de L vezes cos (beta), um valor dependente do fluxo pode ser derivado de medições de calibração com velocidade de fluxo conhecida. Esses valores de calibração levam em consideração outros efeitos, como perfis de fluxo e contribuições de ondas sonoras que foram espalhadas e não viajaram ao longo de uma linha reta.[098] Instead of using a factor of L times cos (beta), a flow-dependent value can be derived from calibration measurements with known flow velocity. These calibration values take into account other effects such as flow profiles and contributions from sound waves that were scattered and did not travel along a straight line.

[099] De acordo com ainda outra modalidade, o sinal de medição, que deve ser fornecido a um elemento piezoelétrico de transmissão, é sintetizado usando uma forma de sinal arbitrária.[099] According to yet another embodiment, the measurement signal, which must be provided to a piezoelectric transmission element, is synthesized using an arbitrary signal form.

[0100] De acordo com uma outra modalidade da presente especificação, o tempo de voo de um sinal é avaliado usando uma técnica de correlação cruzada. Em particular, os respectivos deslocamentos de tempo podem ser avaliados por correlação cruzada do sinal recebido a jusante ou a montante com o sinal recebido na velocidade de fluxo zero de acordo com a fórmula:

Figure img0003
em que t e τ são variáveis de tempo, SigFlow representa um sinal a montante ou a jusante sob condições de medição, quando há um fluxo de fluido através do tubo, e em que SigNoFlow representa um sinal sob condições de calibração em fluxo zero. Os limites de soma infinita representam uma janela de tempo suficientemente grande [-T1, + T2] do tempo T1 ao tempo T2. Em palavras mais gerais, -T1 e + T2 não precisam ser iguais e, por razões práticas, isso pode ser vantajoso para o medidor de vazão.[0100] According to another embodiment of the present specification, the time of flight of a signal is evaluated using a cross-correlation technique. In particular, the respective time offsets can be evaluated by cross-correlating the signal received downstream or upstream with the signal received at zero flow rate according to the formula:
Figure img0003
where t and τ are time variables, SigFlow represents an upstream or downstream signal under measurement conditions when there is fluid flow through the pipe, and where SigNoFlow represents a signal under calibration conditions at zero flow. Infinite sum bounds represent a sufficiently large time window [-T1, + T2] from time T1 to time T2. In more general words, -T1 and +T2 need not be the same, and for practical reasons this can be advantageous for the flowmeter.

[0101] O deslocamento de tempo TOFup - TOFdown é então obtido comparando o tempo do máximo da função de correlação à montante com o tempo do máximo da função de correlação à jusante. O envelope da função de correlação pode ser usado para determinar a localização do máximo com mais precisão.[0101] The TOFup - TOFdown time offset is then obtained by comparing the upstream correlation function maximum time with the downstream correlation function maximum time. The correlation function envelope can be used to more accurately determine the location of the maximum.

[0102] Em uma outra modalidade, uma unidade de avaliação separada é fornecida entre a primeira unidade de computação (15) e a segunda unidade de computação (16), que realiza o cálculo dos tempos de chegada do sinal e da velocidade do fluxo.[0102] In another embodiment, a separate evaluation unit is provided between the first computing unit (15) and the second computing unit (16), which performs the calculation of signal arrival times and flow velocity.

[0103] Em geral, o sinal medido do sensor acústico resulta de uma superposição de sinais espalhados e um sinal direto. Os sinais espalhados são refletidos das paredes interna e externa do tubo uma ou várias vezes, incluindo processos de dispersão adicionais dentro da parede do tubo. Isso é mostrado, a título de exemplo, na Fig. 2.[0103] In general, the measured signal from the acoustic sensor results from a superposition of scattered signals and a direct signal. Scattered signals are reflected from the inner and outer walls of the tube one or more times, including additional scattering processes within the tube wall. This is shown, by way of example, in Fig. two.

[0104] A hora de chegada também pode ser determinada usando uma técnica de filtro combinada. De acordo com um modelo simples, que se baseia nas suposições de propagação de sinal direto e reflexões semelhantes a espelhos nas paredes do conduíte, o sinal de resposta recebido pode ser modelado como

Figure img0004
onde t é uma variável de tempo, A é um fator de atenuação, s é o sinal emitido que é deslocado no tempo pelo tempo desconhecido de chegada TOA e n (t) é um termo de ruído. O tempo de chegada TOA é então derivado correlacionando o sinal recebido x (t) com o sinal de medição deslocado no tempo s (t) de acordo com
Figure img0005
em que -inf, inf são limites de integração menos infinito e mais infinito e a convolução x (τ) s (t- τ) é uma função que é integrada em relação à variável de tempo τ[0104] The arrival time can also be determined using a blended filter technique. According to a simple model, which is based on the assumptions of direct signal propagation and mirror-like reflections on the conduit walls, the received response signal can be modeled as
Figure img0004
where t is a time variable, A is an attenuation factor, s is the emitted signal that is time-shifted by the unknown arrival time TOA, and n(t) is a noise term. The arrival time TOA is then derived by correlating the received signal x(t) with the time-shifted measurement signal s(t) according to
Figure img0005
where -inf, inf are limits of integration minus infinity and plus infinity and the convolution x (τ) s (t- τ) is a function that is integrated with respect to the time variable τ

[0105] O tempo de chegada é o valor de tempo ou argumento de função para o qual a correlação se torna um máximo

Figure img0006
[0105] Arrival time is the time value or function argument for which the correlation becomes a maximum
Figure img0006

[0106] A correlação acima mencionada também pode ser expressa em termos de uma convolução com um "filtro compatível" h (t) que assume a forma

Figure img0007
[0106] The aforementioned correlation can also be expressed in terms of a convolution with a "matched filter" h(t) that takes the form
Figure img0007

[0107] em que a é um fator de normalização e s (t) é o sinal de medição. Este procedimento pode ser generalizado para o caso de múltiplos receptores como segue. Um conjunto de mudanças de fase é determinado, o que maximiza a soma das amplitudes do sinal de resposta dos transdutores de recepção individuais. Um tempo de chegada é determinado aplicando um filtro adaptado à função de soma dos sinais de resposta individuais recebidos deslocados pelo conjunto previamente determinado de deslocamentos de fase.[0107] where a is a normalization factor and s (t) is the measurement signal. This procedure can be generalized to the case of multiple receivers as follows. A set of phase shifts is determined which maximizes the sum of the response signal amplitudes of the individual receiving transducers. An arrival time is determined by applying a filter adapted to the sum function of the individual received response signals shifted by the predetermined set of phase shifts.

[0108] A configuração do transdutor da Fig. 1 é uma linha direta. Outras disposições, que fazem uso de reflexos no lado oposto do tubo, também são possíveis, como as configurações em "V" e "W". A configuração V e W funcionam com base em reflexos na parede do tubo, que induzem mais dispersões do que a configuração em linha reta. O assunto do aplicativo se beneficiará dessas configurações, desde que os caminhos sejam entendidos corretamente.[0108] The transducer configuration of Fig. 1 is a direct line. Other arrangements, which make use of reflections on the opposite side of the tube, are also possible, such as "V" and "W" configurations. The V and W configuration work based on reflections from the tube wall, which induce more scattering than the straight-line configuration. The application subject will benefit from these settings as long as the paths are understood correctly.

[0109] Em uma configuração em V, os dois transdutores são montados no mesmo lado do tubo. Para registrar uma reflexão de 45 graus, eles são colocados cerca de um diâmetro de tubo separados na direção do fluxo. A configuração W faz uso de três reflexos. Semelhante à configuração em V, os dois transdutores são montados no mesmo lado do tubo. Para registrar um sinal após duas reflexões de 45 graus, eles são colocados dois diâmetros de tubo separados na direção do fluxo.[0109] In a V configuration, the two transducers are mounted on the same side of the pipe. To register a 45 degree reflection, they are placed about a pipe diameter apart in the direction of flow. The W configuration makes use of three reflections. Similar to the V configuration, the two transducers are mounted on the same side of the pipe. To record a signal after two 45 degree reflections, they are placed two pipe diameters apart in the direction of flow.

[0110] A Fig. 2 mostra, a título de exemplo, um primeiro sinal acústico "1", que viaja diretamente do elemento piezoelétrico (11) para o elemento piezoelétrico (13), e um segundo sinal acústico "2", que é espalhado duas vezes na periferia do tubo (12).[0110] Fig. 2 shows, by way of example, a first acoustic signal "1", which travels directly from the piezoelectric element (11) to the piezoelectric element (13), and a second acoustic signal "2", which is scattered twice on the periphery of the tube (12).

[0111] Por uma questão de simplicidade, os eventos de espalhamento são mostrados como reflexos nas Fig. 2 a 5, mas o processo de espalhamento real pode ser mais complicado. Em particular, o espalhamento mais relevante ocorre normalmente na parede do tubo ou no material que é montado na frente dos transdutores piezoelétricos. A Fig. 3 mostra uma vista da Fig. 2 na direção do fluxo na direção de visualização A-A.[0111] For the sake of simplicity, scattering events are shown as reflections in Fig. 2 to 5, but the actual spreading process can be more complicated. In particular, the most relevant scattering normally occurs on the tube wall or on the material that is mounted in front of the piezoelectric transducers. Fig. 3 shows a view of Fig. 2 in the flow direction in the A-A viewing direction.

[0112] Figs. 4 e 5 mostram um segundo arranjo de sensor no qual um outro elemento piezoelétrico (22) está posicionado em um ângulo de 45 graus em relação ao elemento piezelétrico (11) e um outro elemento piezelétrico (23)está posicionado em um ângulo de 45 graus em relação ao elemento piezelétrico (13).[0112] Figs. 4 and 5 show a second sensor arrangement in which another piezoelectric element (22) is positioned at a 45 degree angle to the piezoelectric element (11) and another piezoelectric element (23) is positioned at a 45 degree angle with respect to the piezoelectric element (13).

[0113] Além disso, as Figs. 4 e 5 mostram caminhos de sinal acústico direto ou em linha reta para uma situação em que os elementos piezoelétricos (11), (22) são operados como transdutores piezoelétricos e os elementos piezoelétricos (13), (23) são operados como sensores acústicos. O elemento piezoelétrico (23), que está na parte traseira do tubo (12) na vista da Fig. 4, é mostrado por uma linha tracejada na Fig. 4.[0113] In addition, Figs. 4 and 5 show direct or straight line acoustic signal paths for a situation where the piezoelectric elements (11), (22) are operated as piezoelectric transducers and the piezoelectric elements (13), (23) are operated as acoustic sensors. The piezoelectric element (23), which is at the rear of the tube (12) in the view of Fig. 4, is shown by a dashed line in Fig. 4.

[0114] Figs. 6 a 9 mostram, a título de exemplo, diferentes arranjos de transdutores piezoelétricos clamp-on para os quais uma medição de fluxo de acordo com a presente especificação pode ser usada. Ao fornecer múltiplos transdutores de envio com sinais baseados em formas de onda arbitrárias, é possível obter um sinal melhorado em um transdutor de recepção, por exemplo, propriedades de modelagem de feixe melhoradas de sinal. Ao fornecer múltiplos transdutores de recepção, um sinal de medição recebido pode ser avaliado de forma mais eficiente e / ou uma maior liberdade de projeto para os sinais de medição de forma arbitrária pode ser alcançada.[0114] Figs. 6 to 9 show, by way of example, different arrangements of clamp-on piezoelectric transducers for which a flow measurement according to the present specification can be used. By supplying multiple sending transducers with signals based on arbitrary waveforms, it is possible to obtain an improved signal at a receiving transducer, for example, signal improved beamshaping properties. By providing multiple receiving transducers, a received measurement signal can be evaluated more efficiently and/or greater design freedom for arbitrarily shaped measurement signals can be achieved.

[0115] Figs. 6 a 9 estão alinhados, de modo que a força da gravidade sobre um líquido no tubo (12) aponte para baixo. No entanto, arranjos que são girados em relação aos arranjos das Fig. 6 a 9, também podem ser usados. A direção de visualização das Figs. 6 a 9 está ao longo do eixo longitudinal do tubo (12). Uma posição a montante ou a jusante de um transdutor não está indicada nas Figs. 6 a 9.[0115] Figs. 6 to 9 are aligned so that the force of gravity on a liquid in tube (12) points downwards. However, arrays that are rotated with respect to the arrays in Fig. 6 to 9 can also be used. The viewing direction of Figs. 6 to 9 is along the longitudinal axis of the tube (12). An upstream or downstream position of a transducer is not indicated in Figs. 6 to 9.

[0116] No arranjo da Fig. 6, uma matriz de cinco elementos piezelétricos (31- 35) é fornecida em um primeiro local e um outro elemento piezelétrico (36) é colocado a montante ou a jusante do primeiro local. A matriz de elementos piezoelétricos (31-35) pode ser usada para obter uma frente de onda prédeterminada e para alcançar uma focagem melhorada de uma onda acústica em uma direção pré-determinada, quando a matriz de cinco elementos (31-35) é usada como um transmissor e o outro elemento (36) é usado como um receptor.[0116] In the arrangement of Fig. 6, an array of five piezoelectric elements (31-35) is provided at a first location and another piezoelectric element (36) is placed upstream or downstream of the first location. The array of piezoelectric elements (31-35) can be used to obtain a predetermined wavefront and to achieve improved focusing of an acoustic wave in a predetermined direction when the array of five elements (31-35) is used as a transmitter and the other element (36) is used as a receiver.

[0117] No arranjo da Fig. 7, um único elemento piezelétrico (37) é fornecido em um primeiro local e uma matriz de cinco elementos piezelétricos (38-42) é colocada a montante ou a jusante do primeiro local. A matriz de elementos piezoelétricos (38-42) pode ser usada para obter um registro melhorado da frente de onda do sinal de resposta. O registro melhorado pode então ser usado para obter um sinal de medição de fluxo melhorado, que é então aplicado ao único elemento piezoelétrico (37).[0117] In the arrangement of Fig. 7, a single piezoelectric element (37) is provided at a first location and an array of five piezoelectric elements (38-42) is placed upstream or downstream of the first location. The array of piezoelectric elements (38-42) can be used to obtain an improved wavefront recording of the response signal. The improved recording can then be used to obtain an improved flow measurement signal, which is then applied to the single piezoelectric element (37).

[0118] A Fig. 8 mostra um arranjo de dois elementos piezoelétricos (43), (44) em que um elemento é colocado a jusante em relação ao outro. A distância d da linha de conexão entre os elementos piezoelétricos (43), (44) ao eixo de simetria do tubo (12) é cerca de metade do raio do tubo (12), de modo que uma camada de fluxo a uma distância d do eixo central do tubo (12) pode ser medido.[0118] Fig. 8 shows an arrangement of two piezoelectric elements (43), (44) in which one element is placed downstream with respect to the other. The distance d from the connecting line between the piezoelectric elements (43), (44) to the axis of symmetry of the tube (12) is about half the radius of the tube (12), so that a layer of flux at a distance d from the central axis of the tube (12) can be measured.

[0119] Especialmente para transdutores clamp-on, tais como os elementos piezoelétricos (43), (44) mostrados na Fig. 8, a medição de fluxo de acordo com a presente especificação fornece um sinal melhorado no elemento piezoelétrico receptor (44), (43) através da formação de feixe.[0119] Especially for clamp-on transducers, such as the piezoelectric elements (43), (44) shown in Fig. 8, the flow measurement according to the present specification provides an enhanced signal at the receiver piezoelectric element (44), (43) through beamforming.

[0120] A Fig. 9 mostra um arranjo de oito elementos piezoelétricos (45 – 52), que estão espaçados em 45 graus. Vários arranjos são possíveis com respeito a colocações montante-jusante[0120] Fig. 9 shows an arrangement of eight piezoelectric elements (45 – 52), which are spaced 45 degrees apart. Various arrangements are possible with respect to upstream-downstream collocations

[0121] Em um arranjo, os locais dos sensores alternam entre a montante e a jusante ao longo do perímetro, por exemplo, (45, 47, 49, 51) a montante e (46, 48, 50, 52) a jusante.[0121] In an arrangement, sensor locations alternate between upstream and downstream along the perimeter, for example, (45, 47, 49, 51) upstream and (46, 48, 50, 52) downstream.

[0122] Em outro arranjo, os primeiros quatro elementos consecutivos, como (45-48), ao longo do perímetro são colocados a montante ou a jusante em relação aos outros quatro elementos, como (49-52). Em um outro arranjo com 16 elementos piezoelétricos, todos os elementos piezoelétricos (45 – 52) da Fig. 9 são colocados em um plano e o arranjo da Fig. 9 é repetido na direção a montante ou a jusante.[0122] In another arrangement, the first four consecutive elements, such as (45-48), along the perimeter are placed upstream or downstream in relation to the other four elements, such as (49-52). In another arrangement with 16 piezoelectric elements, all piezoelectric elements (45 - 52) of Fig. 9 are placed in a plane and the arrangement of Fig. 9 is repeated in the upstream or downstream direction.

[0123] Nos arranjos das Figs. 6 a 9, um transdutor de recepção é deslocado em relação a um transdutor de envio em relação a uma direção longitudinal de um conduíte ou uma direção de fluxo. Especificamente, o transdutor (36) da Fig. 6 está desviado em relação aos transdutores (31 a 35), o transdutor (37) da Fig. 7 está desviado em relação aos transdutores (38 a 42), o transdutor (44) da Fig. 8 está desviado em relação ao transdutor (43) e na Fig. 9 os transdutores opostos estão deslocados uns em relação aos outros na direção longitudinal da conduta. Por exemplo, o transdutor (51) está deslocado em relação ao transdutor (47) e o transdutor (52) está deslocado em relação ao transdutor (46).[0123] In the arrangements of Figs. 6-9, a receiving transducer is displaced with respect to a sending transducer with respect to a longitudinal direction of a conduit or a direction of flow. Specifically, the transducer (36) of Fig. 6 is offset with respect to the transducers (31 to 35), the transducer (37) of Fig. 7 is offset with respect to the transducers (38 to 42), the transducer (44) of Fig. 8 is offset with respect to the transducer (43) and in Fig. 9 the opposite transducers are displaced relative to each other in the longitudinal direction of the duct. For example, transducer (51) is offset relative to transducer (47) and transducer (52) is offset relative to transducer (46).

[0124] A Fig. 10 mostra, a título de exemplo, um dispositivo de medição de fluxo (60) para medir um fluxo no arranjo da Fig. 1 ou outros arranjos de acordo com a presente invenção. No arranjo da Fig. 1, o dispositivo de medição de fluxo (60) é fornecido pela primeira e segunda unidades de computação (15) e (16) (não mostrado na Fig. 10).[0124] Fig. 10 shows, by way of example, a flow measuring device (60) for measuring a flow in the arrangement of Fig. 1 or other arrangements according to the present invention. In the arrangement of Fig. 1, the flow measuring device (60) is provided by the first and second computing units (15) and (16) (not shown in Fig. 10).

[0125] Um primeiro conector (61) do dispositivo de medição de fluxo (60) é conectado a um primeiro transdutor piezoelétrico (11) em um conduíte de fluido (12) e um segundo conector (62) do dispositivo de medição de fluxo é conectado a um segundo transdutor piezoelétrico (13) no conduto de fluido (12).[0125] A first connector (61) of the flow measuring device (60) is connected to a first piezoelectric transducer (11) in a fluid conduit (12) and a second connector (62) of the flow measuring device is connected to a second piezoelectric transducer (13) in the fluid conduit (12).

[0126] Dentro do dispositivo de medição de fluxo (60), o primeiro conector (61) é conectado a um conversor analógico-digital (64) através de um multiplexador (63) e um primeiro amplificador (74). O segundo conector (62) é conectado a um buffer digital (67) através de um segundo amplificador (75) e um demultiplexador (66).[0126] Within the flow measurement device (60), the first connector (61) is connected to an analog-to-digital converter (64) through a multiplexer (63) and a first amplifier (74). The second connector (62) is connected to a digital buffer (67) through a second amplifier (75) and a demultiplexer (66).

[0127] O buffer (67) é conectado a um gerador de forma de onda (69), que está conectado a um banco de dados de forma de onda (70). O banco de dados de forma de onda (70) é conectado ao ADC (64) através de um módulo correspondente (68), em que o módulo correspondente 68 é previsto para combinar parâmetros com circunstâncias específicas de o conduíte (12) em teste. O ADC (64) está, além disso, conectado a uma unidade de computação de velocidade (71), que está conectada a uma memória de resultado (72).[0127] The buffer (67) is connected to a waveform generator (69), which is connected to a waveform database (70). The waveform database (70) is connected to the ADC (64) through a corresponding module (68), wherein the corresponding module 68 is provided to match parameters with specific circumstances of the conduit (12) under test. The ADC (64) is further connected to a speed computing unit (71), which is connected to a result memory (72).

[0128] Durante uma fase de geração de sinal, o gerador de forma de onda (69) recupera parâmetros de forma de onda do banco de dados de forma de onda (70), deriva um sinal elétrico dos parâmetros de forma de onda recuperados e envia o sinal para o buffer digital (67).[0128] During a signal generation phase, the waveform generator (69) retrieves waveform parameters from the waveform database (70), derives an electrical signal from the retrieved waveform parameters, and sends the signal to the digital buffer (67).

[0129] Mais especificamente, o dispositivo de medição de fluxo (60) pode ser fornecido com uma unidade de processamento eletrônico (53) na forma de um microcontrolador ou um FPGA que compreende - entre outros - vários ADCs (64) com uma alta resolução, um correlacionador digital (não mostrado na Fig. 10) e um módulo que suporta detecção de envelope de sinal. Na direção de transmissão, o dispositivo de medição de fluxo (60) gera sinais digitais com frequência variável. No caso de um sinal de onda quadrada, o ciclo de trabalho do sinal pode ser alterado modulando a largura de pulso do sinal de onda quadrada, que também é conhecido como PWM.[0129] More specifically, the flow measurement device (60) can be provided with an electronic processing unit (53) in the form of a microcontroller or an FPGA comprising - among others - several ADCs (64) with a high resolution , a digital correlator (not shown in Fig. 10) and a module that supports signal envelope detection. In the transmission direction, the flow measuring device (60) generates digital signals with variable frequency. In the case of a square wave signal, the duty cycle of the signal can be changed by modulating the pulse width of the square wave signal, which is also known as PWM.

[0130] O ADC (64), o módulo correspondente (68), o banco de dados de forma de onda (70), o gerador de forma de onda (69), o buffer (67) são fornecidos, e na unidade de processamento eletrônico (53), e um microcontrolador ou um microprocessador. Entre outros, a unidade de processamento eletrônico (53) tem um pino conector (54) para conectar o primeiro amplificador (74), um pino conector (55) para conectar o segundo amplificador (75), um pino conector (não mostrado) para conectar uma bateria de alimentação (não mostrada), e um pino do conector (não mostrado) para conectar um potencial de terra (não mostrado).[0130] The ADC (64), the corresponding module (68), the waveform database (70), the waveform generator (69), the buffer (67) are provided, and in the electronic processing (53), and a microcontroller or a microprocessor. Among others, the electronic processing unit (53) has a connector pin (54) for connecting the first amplifier (74), a connector pin (55) for connecting the second amplifier (75), a connector pin (not shown) for connect a power battery (not shown), and a connector pin (not shown) to connect a ground potential (not shown).

[0131] Outros componentes que não são mostrados na Fig. 10, como um conversor de energia elétrica, podem ser fornecidos entre a bateria de alimentação e um pino conector.[0131] Other components that are not shown in Fig. 10, as an electrical energy converter, can be provided between the supply battery and a connector pin.

[0132] Em uma modalidade alternativa, é possível medir uma "impressão digital atual" da unidade de processamento eletrônico (53), ao executar os métodos propostos. Foi descoberto que uma parte do cálculo dos métodos não está na espiada (o que seria uma impressão digital atual distinta), mas sim em regiões planas após a espiada.[0132] In an alternative embodiment, it is possible to measure a "current fingerprint" of the electronic processing unit (53), when executing the proposed methods. It has been found that a portion of the methods calculation is not in the peek (which would be a distinct current fingerprint), but rather in flat regions after the peek.

[0133] O dispositivo de medição de fluxo (60) pode transmitir sinais com uma frequência e amplitude predeterminadas. Esses sinais são emitidos com o buffer digital (67). Alternativamente, a saída pode ser fornecida por um componente que converte o sinal de saída pré-determinado em um sinal PWM.[0133] The flow measuring device (60) can transmit signals with a predetermined frequency and amplitude. These signals are output with the digital buffer (67). Alternatively, the output can be provided by a component that converts the predetermined output signal into a PWM signal.

[0134] O dispositivo da Fig. 10 é mostrado a título de ilustração. Um dispositivo para realizar uma medição de fluxo de acordo com a presente especificação pode compreender mais ou menos componentes do que mostrado na Fig. 10. Em particular, os sinais digitais de acordo com os métodos DTRAF e DTRAC mencionados abaixo podem ser gerados por uma unidade geradora de pulso ajustável (76) e não requerem um módulo correspondente (68) e / ou um banco de dados de forma de onda (70) e / ou um gerador de forma de onda (69).[0134] The device in Fig. 10 is shown by way of illustration. A device for performing a flow measurement according to the present specification may comprise more or less components than shown in Fig. 10. In particular, digital signals according to the DTRAF and DTRAC methods mentioned below can be generated by an adjustable pulse generator unit (76) and do not require a corresponding module (68) and/or a data shape database. waveform (70) and/or a waveform generator (69).

[0135] No caso de um sinal invertido no tempo gerado por PWM, a funcionalidade é fornecida para inverter um sinal de resposta recebido, ou uma parte do sinal de resposta recebido, em relação ao tempo e para enviar o sinal invertido como um sinal de entrada para o modulador de largura de pulso.[0135] In the case of a time-inverted signal generated by PWM, functionality is provided to invert a received response signal, or a part of the received response signal, with respect to time and to send the inverted signal as a signal of input for the pulse width modulator.

[0136] Os procedimentos das Figs seguintes. 11 a 13 podem ser usados para gerar sinais de saída digital, especialmente adaptados para uso em uma medição de acordo com a invenção. Entre outros, a fase e a amplitude do sinal digital podem ser variadas.[0136] The procedures in the following Figs. 11 to 13 can be used to generate digital output signals, especially adapted for use in a measurement according to the invention. Among others, the phase and amplitude of the digital signal can be varied.

[0137] A Fig. 11 ilustra um procedimento iterativo para gerar um sinal de saída de ultrassom que atenda aos critérios predefinidos.[0137] Fig. 11 illustrates an iterative procedure for generating an ultrasound output signal that meets predefined criteria.

[0138] Em uma primeira etapa (80), um sinal de medição é gerado com um gerador de pulso. Em uma segunda etapa (81), o sinal de medição é aplicado a um primeiro transdutor (11). Um sinal de resposta é medido no segundo transdutor (13) na etapa (82)[0138] In a first step (80), a measurement signal is generated with a pulse generator. In a second step (81), the measurement signal is applied to a first transducer (11). A response signal is measured at the second transducer (13) in step (82)

[0140] Em uma etapa adicional (83), o sinal de resposta é avaliado de acordo com critérios predeterminados. Por exemplo, o sinal de resposta pode ser combinado com uma forma de onda predeterminada. Se for determinado na etapa (84), que o sinal de resposta atende aos critérios predeterminados, os parâmetros do sinal de medição são determinados e armazenados na etapa (86), de preferência na base de dados de forma de onda (70) para uso posterior.[0140] In an additional step (83), the response signal is evaluated according to predetermined criteria. For example, the response signal can be combined with a predetermined waveform. If it is determined in step (84) that the response signal meets the predetermined criteria, the measurement signal parameters are determined and stored in step (86), preferably in the waveform database (70) for use later.

[0141] Caso contrário, a frequência, amplitude e / ou fase do sinal de medição ou também outros parâmetros de sinal são ajustados na etapa (85) e o procedimento volta para a primeira etapa (80) na qual um sinal de medição predeterminado é gerado.[0141] Otherwise, the frequency, amplitude and/or phase of the measurement signal or also other signal parameters are adjusted in step (85) and the procedure returns to the first step (80) in which a predetermined measurement signal is generated.

[0142] Este método iterativo também pode ser aplicado a um arranjo de transdutor múltiplo. No caso de múltiplos transdutores de envio, as frequências, amplitudes ou fases individuais dos respectivos sinais de medição são ajustadas. No caso de múltiplos transdutores receptores, os critérios são aplicados aos sinais de resposta que são recebidos nos transdutores receptores.[0142] This iterative method can also be applied to a multiple transducer array. In the case of multiple send transducers, the individual frequencies, amplitudes or phases of the respective measurement signals are adjusted. In the case of multiple receiver transducers, the criteria are applied to the response signals that are received at the receiver transducers.

[0143] A Fig. 12 mostra um outro método de derivar um sinal de forma de onda arbitrário, que compreende as seguintes etapas:[0143] Fig. 12 shows another method of deriving an arbitrary waveform signal, comprising the following steps:

[0144] Em uma etapa (90), uma largura de banda do transdutor é medida. Em um exemplo, a largura de banda do transdutor é de aproximadamente 300 kHz em torno de uma frequência central do transdutor de aproximadamente 1 MHz. Um exemplo de sinal que faz bom uso dessa largura de banda do transdutor é um sinal, que tem uma largura de banda retangular de 300 kHz no domínio da frequência.[0144] In a step (90), a transducer bandwidth is measured. In one example, the transducer bandwidth is approximately 300 kHz around a transducer center frequency of approximately 1 MHz. An example of a signal that makes good use of this transducer bandwidth is a signal, which has a rectangular bandwidth of 300 kHz in the frequency domain.

[0145] Uma função limitada por banda, como um sinal retangular, é gerada no domínio da frequência. Um sinal ou função correspondente no domínio do tempo é obtido na etapa (92) aplicando a transformada de Fourier reversa, que produz uma função semelhante a sinc.[0145] A band-limited function, such as a rectangular signal, is generated in the frequency domain. A corresponding signal or function in the time domain is obtained in step (92) by applying the reverse Fourier transform, which produces a function similar to sinc.

[0146] A função sinc-like é então truncada para um comprimento de sinal adequado, que não tem muita potência de sinal, mas informações suficientes na etapa (93). O sinal é então usado como sinal de entrada para um gerador de pulso ou uma modulação de largura de pulso na etapa (94) em a fim de gerar um trem de pulso.[0146] The sync-like function is then truncated to a suitable signal length, which does not have much signal strength but enough information in step (93). The signal is then used as an input signal to a pulse generator or pulse width modulation in step (94) in order to generate a pulse train.

[0147] O sinal resultante é usado como um sinal de medição nas direções a montante e a jusante nas etapas (95 e 96).[0147] The resulting signal is used as a measurement signal in the upstream and downstream directions in steps (95 and 96).

[0148] A Fig. 13 mostra um outro método para derivar um sinal de medição. O método da Fig. 13 é uma variação do método da Fig. 12. Por uma questão de brevidade, etapas semelhantes não são explicadas novamente. De acordo com o método da Fig. 13, a função ou forma de onda é ajustada, de modo que não haja deslocamento no fluxo zero do fluido.[0148] Fig. 13 shows another method for deriving a measurement signal. The method in Fig. 13 is a variation of the method of Fig. 12. For the sake of brevity, similar steps are not explained again. According to the method in Fig. 13, the function or waveform is adjusted so that there is no displacement at zero fluid flow.

[0149] Em uma etapa (105), é testado se um desvio de tempo do sinal está abaixo de um limite predeterminado. Se o deslocamento estiver abaixo do limite predeterminado, os parâmetros do sinal são armazenados em uma etapa (107). Caso contrário, o procedimento volta para a etapa (101).[0149] In a step (105), it is tested whether a signal time deviation is below a predetermined threshold. If the offset is below the predetermined threshold, the signal parameters are stored in a step (107). Otherwise, the procedure returns to step (101).

[0150] Um outro método (não mostrado nas figuras) é explicado abaixo:

  • 1) Uma diferença de tempo de voo ΔT é obtida a partir da diferença das medições a montante e a jusante.
  • 2) A frequência do sinal é ajustada. Depois disso, o procedimento volta para 1) e a amplitude e a fase do sinal no domínio do tempo são alteradas até que haja deslocamento de zero, o que implica que uma diferença de tempo de zero seja medida para o fluxo de fluido zero.
  • 3) Alternativamente, o sinal em 1) é gerado com uma etapa de correção 2). Uma pré-distorção é aplicada ao sinal de acordo com critérios predeterminados. A pré-distorção pode ser escolhida, de modo que o receptor possa ser projetado de uma forma que seja adequada para um sinal de resposta recebido específico. Por exemplo, os sinais em 1) e 2) podem ser prédistorcidos de modo que os cruzamentos de zero no receptor apareçam em ntervalos de tempo equidistantes. Assim, um receptor de largura de banda estreita pode ser usado. Isso se aplica ao tempo de vôo e medições TRA.
[0150] Another method (not shown in the figures) is explained below:
  • 1) A time-of-flight difference ΔT is obtained from the difference of upstream and downstream measurements.
  • 2) The signal frequency is adjusted. After that, the procedure goes back to 1) and the amplitude and phase of the signal in the time domain are changed until there is zero offset, which implies that a time difference of zero is measured for zero fluid flow.
  • 3) Alternatively, the signal in 1) is generated with a correction step 2). Pre-distortion is applied to the signal according to predetermined criteria. Pre-distortion can be chosen so that the receiver can be designed in a way that is suitable for a specific received response signal. For example, the signals in 1) and 2) can be predistorted so that zero crossings at the receiver appear at equidistant time intervals. Thus, a narrow-bandwidth receiver can be used. This applies to flight time and TRA measurements.

[0151] Nos passos 1-3, uma forma de onda digital arbitrária é usada em vez de apenas uma oscilação com um envelope retangular. O procedimento acima mencionado e os procedimentos das Figs. 11 a 13 pode ser usado para todos os sistemas digitais de tempo de vôo e inversão de tempo.[0151] In steps 1-3, an arbitrary digital waveform is used instead of just an oscillation with a rectangular envelope. The aforementioned procedure and the procedures of Figs. 11 to 13 can be used for all digital time-of-flight and time inversion systems.

[0152] A seguir, as medições de fluxo usando um método DTRAF, usando um método DTRAC e usando um sinal invertido no tempo que é aplicado a uma modulação de largura de pulso são explicadas em mais detalhes.[0152] In the following, flow measurements using a DTRAF method, using a DTRAC method, and using a time-inverted signal that is applied to a pulse-width modulation are explained in more detail.

[0153] Filtragem TRA digital (DTRAF) é uma versão digital do conhecido método TRA. Um conceito básico de DTRAF é não enviar um sinal de reversão de tempo e, em vez disso, substituí-lo por uma operação de filtro digital, mas também é possível enviar o sinal de reversão de tempo em conjunto com DTRAF (ou DTRAC) sem alterar os princípios subjacentes. Consequentemente, o processo de treinamento DTRAF produz um filtro FIR digital, onde o método TRA é executado digitalmente. Isso simplifica a eletrônica em termos de remoção do TDC e especificações inferiores no DAC, por exemplo, no que diz respeito à precisão e consumo de energia elétrica. Em contraste, o ADC é um componente importante. No final, a interpolação dos sinais processados aumenta a precisão do período de amostragem para a região de picossegundos.[0153] Digital TRA filtering (DTRAF) is a digital version of the well-known TRA method. A basic concept of DTRAF is to not send a time-reversal signal and instead replace it with a digital filter operation, but it is also possible to send the time-reversal signal together with DTRAF (or DTRAC) without change the underlying principles. Consequently, the DTRAF training process produces a digital FIR filter, where the TRA method is performed digitally. This simplifies the electronics in terms of removing the TDC and lower specifications on the DAC, for example with regard to accuracy and electrical power consumption. In contrast, the ADC is an important component. In the end, interpolation of the processed signals increases the accuracy of the sampling period to the picosecond region.

[0154] O método DTRAF proposto é ilustrado na Fig. 19 na forma de diagrama de blocos.[0154] The proposed DTRAF method is illustrated in Fig. 19 in block diagram form.

[0155] No arranjo da Fig. 19, o buffer digital (67) do arranjo da Fig. 10 é substituído por uma unidade geradora de pulso ajustável (APGU) 76. O método é agora explicado em mais detalhes:[0155] In the arrangement of Fig. 19, the digital buffer (67) of the arrangement of Fig. 10 is replaced by an adjustable pulse generator unit (APGU) 76. The method is now explained in more detail:

[0156] Em primeiro lugar, o processo de treinamento TRA para o dispositivo de medição de fluxo (60) é feito com alta precisão ou com o ADC de bordo. A saída do treinamento é um filtro FIR digital. O sistema fica animado com um sinal de entrada x [n] em um modo de treinamento:

Figure img0008
com Ts como o período de amostragem. Este período de amostragem deve coincidir com o período de amostragem das medições posteriores. Caso um ADC mais rápido tenha sido usado, o filtro digital precisa ser reamostrado para o período de amostragem do modo de medição.[0156] First, the TRA training process for the flow measuring device (60) is done with high precision or with the on-board ADC. The training output is a digital FIR filter. The system gets excited with an input signal x[n] in a training mode:
Figure img0008
with Ts as the sampling period. This sampling period must coincide with the sampling period for subsequent measurements. If a faster ADC was used, the digital filter needs to be resampled for the measurement mode sampling period.

[0157] Em um modo de medição, o sistema é novamente animado com o sinal de entrada x [n] :

Figure img0009
y'12 e y'21[n] são os sinais de medição digitalizados. Aqui e no seguinte, a variável entre colchetes denota um índice de tempo discreto, que corresponde a n vezes o tempo de amostragem Ts no caso de uma amostragem uniforme que começa no tempo t = 0.[0157] In a measurement mode, the system is animated again with the input signal x[n]:
Figure img0009
y'12 and y'21[n] are the digitized measurement signals. Here and in the following, the variable in square brackets denotes a discrete time index, which corresponds to n times the sampling time Ts in the case of uniform sampling starting at time t = 0.

[0158] Na próxima etapa, esses sinais de medição digitalizados são convolvidos com os filtros digitais treinados com inversão de tempo:

Figure img0010
[0158] In the next step, these digitized measurement signals are involved with the trained digital filters with time inversion:
Figure img0010

[0159] Essa operação de filtro adicional aumenta o tempo computacional devido às muitas operações de multiplicação e adição. Observe aqui que pode ser benéfico quando em vez de duas unidades de filtro digital treinadas e diferentes (120, 121), as mesmas unidades de filtro digital em ambas as convoluções forem usadas. A inversão do tempo pode ser realizada na memória, armazenando na ordem inversa ou também lendo na ordem inversa. Posteriormente, esses dois sinais de medição filtrados y12 [n] e y21 [n] são correlacionados (ou combinados por qualquer correspondente de padrão) um com o outro em uma unidade de correlação cruzada 122:

Figure img0011
[0159] This additional filter operation increases computational time due to the many multiplication and addition operations. Note here that it can be beneficial when instead of two different trained digital filter units (120, 121) the same digital filter units in both convolutions are used. Time inversion can be performed in memory, storing in reverse order or also reading in reverse order. Subsequently, these two filtered measurement signals y12[n] and y21[n] are correlated (or combined by any pattern matching) with each other in a cross-correlation unit 122:
Figure img0011

[0160] É importante notar aqui que esta correlação cruzada com a unidade de correlação cruzada (122) não precisa ser totalmente calculada. Em particular, a função de correlação não precisa ser amostrada em uma frequência tão alta que o máximo esteja sempre próximo de um tempo de amostragem. A correlação cruzada é um estimador para atrasos de tempo e seu argumento máximo corresponde ao atraso de tempo entre os dois sinais de medição:

Figure img0012
em que n é um índice de tempo e r é a função de correlação entre os dois sinais de medição y12[n] , y21[n] .[0160] It is important to note here that this cross-correlation with the cross-correlation unit (122) does not need to be fully calculated. In particular, the correlation function need not be sampled at such a high frequency that the maximum is always close to a sampling time. Cross-correlation is an estimator for time delays and its maximum argument corresponds to the time delay between the two measurement signals:
Figure img0012
where n is a time index and r is the correlation function between the two measurement signals y12[n] , y21[n] .

[0161] O atraso de tempo entre o sinal a montante e a jusante é duas vezes o atraso de tempo entre o sinal em fluxo zero e um sinal no fluxo de fluido atual.[0161] The time delay between the upstream and downstream signal is twice the time delay between the signal at zero flow and a signal at current fluid flow.

[0162] No entanto, para calcular não toda a correlação cruzada, é suficiente ter uma estimativa onde o argumento máximo está localizado. Isso pode ser feito por estimativas dos tempos de trânsito absolutos Tabs, 12 e T abs, 21. A subtração desses tempos de trânsito resulta, por definição:

Figure img0013
Com baixas taxas de amostragem, isso é com precisão suficiente para estimar n ^ *:
Figure img0014
onde n ̂^ * denota uma estimativa de n ^ *. Em termos geométricos, n ̂^ * é o atraso em amostras inteiras entre os dois sinais de medição filtrados y12[n] e y21[n] .[0162] However, to calculate not all cross-correlation, it is sufficient to have an estimate where the maximum argument is located. This can be done by estimating the absolute transit times Tabs, 12 and T abs, 21. Subtracting these transit times gives, by definition:
Figure img0013
With low sampling rates, this is accurately enough to estimate n^*:
Figure img0014
where n ̂^* denotes an estimate of n^*. In geometric terms, n ̂^ * is the delay in whole samples between the two filtered measurement signals y12[n] and y21[n] .

[0163] Finalmente, apenas alguns pontos da correlação cruzada (ou qualquer correspondência de padrão) precisam ser calculados em torno do lag n ̂^ *. O número de pontos depende do método de interpolação. O método de interpolação aumenta a precisão do período de amostragem até a faixa de picossegundos. Como exemplo, a interpolação de cosseno (precisa de três pontos) funciona excelente para esses sinais de transdutor ultrassônico de bandas pequenas com o método de correlação cruzada. A interpolação do pico do cosseno fornece a distância d do lag n ̂^ * até o máximo oculto da função cosseno contínua. Esta interpolação é ilustrada na Fig. 20.[0163] Finally, only a few points of cross-correlation (or any pattern matching) need be calculated around lag n ̂^*. The number of points depends on the interpolation method. The interpolation method increases the accuracy of the sampling period down to the picosecond range. As an example, cosine interpolation (needs three points) works great for these small band ultrasonic transducer signals with the cross correlation method. Cosine peak interpolation gives the distance d from lag n ̂^ * to the hidden maximum of the continuous cosine function. This interpolation is illustrated in Fig. 20.

[0164] De F. Viola, W. Walker, “A Spline-Based Algorithm for Continuous TimeDelay Estimation Using Sampled Data”, IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control, Vol. 52, No. 1, janeiro de 2005, sabe-se que a interpolação do pico do cosseno de uma função y [k] pode ser calculada da seguinte maneira:

Figure img0015
Este d então corrige a estimativa de latência n ̂^ * para obter um ∆T altamente preciso:
Figure img0016
[0164] From F. Viola, W. Walker, “A Spline-Based Algorithm for Continuous TimeDelay Estimation Using Sampled Data”, IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics and frequency control, Vol. 52, No. 1, January 2005, it is known that the cosine peak interpolation of a function y[k] can be calculated as follows:
Figure img0015
This d then corrects the latency estimate n ̂^* to obtain a highly accurate ∆T:
Figure img0016

[0165] A multiplicação com ½ pode ser omitida quando considerada no cálculo final da velocidade do fluxo.[0165] The multiplication with ½ can be omitted when considered in the final calculation of the flow velocity.

[0166] Existe um método ligeiramente diferente em relação ao DTRAF (Digital TRA-Filtering), denominado DTRAC (Digital TRA-Correlation). O treinamento e o processo de medição para obter os filtros FIR treinados e os sinais de medição são idênticos ao DTRAF. No entanto, a cadeia de processamento de sinal muda. Em vez de filtrar todo o sinal com os filtros FIR treinados (invertidos no tempo), apenas alguns pontos são calculados por uma correlação cruzada com os filtros FIR não invertidos no tempo. Isso é feito para o sinal de medição a montante e a jusante.[0166] There is a slightly different method in relation to DTRAF (Digital TRA-Filtering), called DTRAC (Digital TRA-Correlation). The training and measurement process to obtain the trained FIR filters and measurement signals is identical to DTRAF. However, the signal processing chain changes. Instead of filtering the entire signal with the trained (time-inverted) FIR filters, only a few points are computed for a cross-correlation with the non-time-inverted FIR filters. This is done for the upstream and downstream measurement signal.

[0167] Por meio da interpolação desses pontos de correlação, tempos de trânsito absolutos precisos são obtidos e podem ser usados para calcular o ∆T por subtração. O método DTRAC é ilustrado exemplarmente na Fig. 21 como um diagrama de blocos[0167] Through the interpolation of these correlation points, accurate absolute transit times are obtained and can be used to calculate the ∆T by subtraction. The DTRAC method is exemplarily illustrated in Fig. 21 as a block diagram

[0168] Semelhante ao método DTRAF, uma unidade geradora de pulso ajustável 76 pode ser usada para realizar DTRAC. A seguir, o método DTRAC proposto é explicado em mais detalhes:[0168] Similar to the DTRAF method, an adjustable pulse generator unit 76 can be used to perform DTRAC. In the following, the proposed DTRAC method is explained in more detail:

[0169] Em primeiro lugar, o treinamento TRA é feito da mesma maneira que para DTRAF com um sinal de entrada x [n] , enquanto x (t) é a forma contínua no tempo de x [n] :

Figure img0017
Isso produz os coeficientes do filtro FIR h_ (MF, 12) [n] e h_ (MF, 21) [n] com Ts como período de amostragem.[0169] Firstly, TRA training is done in the same way as for DTRAF with an input signal x [n] , while x (t) is the time continuous form of x [n] :
Figure img0017
This produces the FIR filter coefficients h_ (MF, 12) [n] and h_ (MF, 21) [n] with Ts as the sampling period.

[0170] A medição funciona da mesma forma que o treinamento TRA. O mesmo sinal de entrada x [n] é usado:

Figure img0018
Os sinais de medição são quantizados e amostrados com Ts. Os sinais de medição são então correlacionados com os filtros digitais:
Figure img0019
[0170] Measurement works in the same way as TRA training. The same input signal x[n] is used:
Figure img0018
The measurement signals are quantized and sampled with Ts. The measurement signals are then correlated with the digital filters:
Figure img0019

[0171] A correlação cruzada é um estimador de atrasos de tempo. No entanto, outros estimadores de atraso de tempo (ou combinadores de padrão) podem ser usados como, e soma das diferenças quadradas (SSD). As duas correlações cruzadas não precisam ser totalmente calculadas; em vez disso, apenas alguns pontos em torno do pico máximo real precisam ser calculados. Isso é suficiente para o cálculo do método de interpolação:

Figure img0020
nxy corresponde à estimativa de n ^ *. Um grande período de amostragem está reduzindo o risco de uma estimativa errada de n ̂12 ^ * ou n ̂21 ^ *. O método de interpolação usa o conhecimento da função contínua no tempo por trás da correlação cruzada discreta no tempo (ou qualquer correspondência de padrão). No caso de transdutores ultrassônicos de banda estreita, a saída de correlação cruzada tende a ser muito semelhante a uma oscilação do cosseno em torno do pico máximo real. Este efeito pode ser ainda maior com um sinal de entrada, que excita apenas a frequência de ressonância do par de transdutores ultrassônicos como um seno longo, cosseno, oscilação triangular ou retangular. O método de interpolação estima o índice do máximo real da correlação cruzada discreta no tempo em subamostras (e tempos com a multiplicação do período de amostragem):
Figure img0021
d12 e d21 correspondem à correção da subamostra do método de interpolação. Como os tempos de trânsito absolutos T(abs, 12) e T(abs, 21) são muito precisos, o ∆T pode ser obtido através da subtração destes:
Figure img0022
A multiplicação com ½ pode ser omitida quando considerada no cálculo da velocidade do fluxo.[0171] The cross correlation is a time delay estimator. However, other time delay estimators (or pattern combiners) can be used such as sum of squared differences (SSD). The two cross-correlations need not be fully calculated; instead, only a few points around the actual maximum peak need to be calculated. This is enough for the calculation of the interpolation method:
Figure img0020
nxy matches the estimate of n^*. A large sampling period is reducing the risk of a wrong estimate of n ̂12 ^ * or n ̂21 ^ *. The interpolation method uses knowledge of the continuous-time function behind the discrete-time cross-correlation (or any pattern matching). In the case of narrowband ultrasonic transducers, the cross-correlation output tends to be very similar to a cosine oscillation around the true maximum peak. This effect can be even greater with an input signal, which only excites the resonant frequency of the ultrasonic transducer pair as a long sine, cosine, triangular or rectangular oscillation. The interpolation method estimates the real maximum index of the discrete cross-correlation in time in subsamples (and times with the sampling period multiplication):
Figure img0021
d12 and d21 correspond to the subsample correction of the interpolation method. As the absolute transit times T(abs, 12) and T(abs, 21) are very precise, ∆T can be obtained by subtracting them:
Figure img0022
Multiplication with ½ can be omitted when considering flow velocity calculations.

[0172] Os métodos DTRAF e DTRAC propostos podem modelar o canal (77) com o conduíte (12) e o fluido no computador. Isso pode ser explicado da seguinte forma: se um sistema LTI tem blocos ou funções de transferência A, B, C, D, então a função de transferência resultante no domínio da frequência é o produto A * B * C * D das funções de transferência individuais A, B, C, D. Este produto não depende da ordem das funções de transferência A, B, C, D. Portanto, o cálculo da resposta do canal pode ser "deslocado" para o domínio digital.[0172] The proposed DTRAF and DTRAC methods can model the channel (77) with the conduit (12) and the fluid in the computer. This can be explained as follows: if an LTI system has blocks or transfer functions A, B, C, D, then the resulting transfer function in the frequency domain is the product A * B * C * D of the transfer functions individual A, B, C, D. This product does not depend on the order of transfer functions A, B, C, D. Therefore, the calculation of the channel response can be "shifted" into the digital domain.

[0173] A Fig. 14 mostra um sinal PWM 129 de um modulador de largura de pulso, que tem um ciclo liga / desliga modulado adequado, de modo que o sinal PWM (129) se aproxima de um sinal TRA invertido no tempo (130).[0173] Fig. 14 shows a PWM signal 129 from a pulse width modulator, which has a proper modulated on/off cycle, such that the PWM signal (129) approximates a time-inverted TRA signal (130).

[0174] A Fig. 15 mostra uma comparação de um sinal de resposta (131) para o sinal PWM (129) e um sinal de resposta (132) para o sinal TRA invertido no tempo (130).[0174] Fig. 15 shows a comparison of a response signal (131) for the PWM signal (129) and a response signal (132) for the time-inverted TRA signal (130).

[0174] De acordo com o método TRA baseado em PWM, um sinal invertido no tempo é aproximado de acordo com UA = A • sinal (UE-UD), onde sinal (x) = 1 para x> = 0 e 0 mais[0174] According to the PWM-based TRA method, a time-inverted signal is approximated according to UA = A • (UE-UD) signal, where signal (x) = 1 for x> = 0 and 0 plus

[0175] A título de exemplo, a modulação de largura de pulso pode ser baseada em um exemplo com um transdutor, uma frequência de sinal triangular de 2 MHz e uma resolução de tempo PWM de aproximadamente 83 ns.[0175] By way of example, the pulse width modulation can be based on an example with a transducer, a triangular signal frequency of 2 MHz and a PWM time resolution of approximately 83 ns.

[0176] A aproximação do sinal invertido no tempo, que é mostrado na Fig. 14, é bastante boa, embora a geração PWM seja mantida simples e nenhum filtro adicional seja usado.[0176] The approximation of the inverted signal in time, which is shown in Fig. 14, is quite good, although the PWM generation is kept simple and no additional filters are used.

[0177] A simulação com TRA correlacionada baseada em PWM mostrada na Fig. 16 demonstra como o desempenho do ΔT muda. Quanto às simulações, a potência do sinal é calculada e o ruído é escalado, nessas simulações o SNR para o TRA correlacionado baseado em PWM deve ser aumentado[0177] The simulation with correlated TRA based on PWM shown in Fig. 16 demonstrates how ΔT performance changes. As for the simulations, the signal power is calculated and the noise is scaled, in these simulations the SNR for the PWM-based correlated TRA must be increased

[0178] Os resultados das Figs. 16 e 17 são obtidos por simulações, nas quais o sistema que inclui a geração do sinal, os transdutores, o canal e a recepção do sinal é modelado como um sistema linear invariante no tempo. As simulações modelam medidas com fluxo zero.[0178] The results of Figs. 16 and 17 are obtained by simulations, in which the system including signal generation, transducers, channel and signal reception is modeled as a time-invariant linear system. The simulations model measurements with zero flow.

[0179] A Fig. 16 mostra atrasos de tempo medidos para o TRA correlacionado com base em PWM. Os atrasos de tempo medidos são indicados pelo diagrama de coluna (133) e uma densidade de probabilidade resultante é mostrada pela curva Gaussiana (134).[0179] Fig. 16 shows measured time delays for PWM-based correlated TRA. The measured time delays are indicated by the column diagram (133) and a resulting probability density is shown by the Gaussian curve (134).

[0180] A Fig. 17 mostra os resultados da medição para os sinais gerados com o método de correlação TRA digital mencionado acima. Os atrasos de tempo medidos são indicados pelo diagrama de coluna (135) e uma densidade de probabilidade resultante é mostrada pela curva Gaussiana (136).[0180] Fig. 17 shows the measurement results for the signals generated with the digital TRA correlation method mentioned above. The measured time delays are indicated by the column diagram (135) and a resulting probability density is shown by the Gaussian curve (136).

[0181] A Fig. 18 mostra resultados de medição para sinais gerados com o método de filtragem TRA digital mencionado acima. Os atrasos de tempo medidos são indicados pelo diagrama de coluna (135) e uma densidade de probabilidade resultante é mostrada pela curva Gaussiana (136).[0181] Fig. 18 shows measurement results for signals generated with the digital TRA filtering method mentioned above. The measured time delays are indicated by the column diagram (135) and a resulting probability density is shown by the Gaussian curve (136).

[0182] Uma comparação entre os métodos produz resultados relativamente semelhantes (por exemplo, no que diz respeito à média, desvio padrão). Observe que os parâmetros de simulação usados para gerar resultados de medição mostrados nas Figuras 16, 17 e 18 são diferenciados.[0182] A comparison between the methods yields relatively similar results (eg, with regard to mean, standard deviation). Note that the simulation parameters used to generate measurement results shown in Figures 16, 17 and 18 are differentiated.

[0183] Para a medição da Fig. 18, trens de pulso com 25 pulsos são usados como um sinal de entrada. As primeiras 50 medições do treinamento TRA são calculadas e armazenadas em dois filtros FIR. ΔT_DTRAF é o resultado do método de filtragem TRA digital (DTRAF). O tubo de ensaio tem extremidades fechadas para fazer medições de fluxo zero.[0183] For the measurement of Fig. 18, pulse trains with 25 pulses are used as an input signal. The first 50 TRA training measurements are calculated and stored in two FIR filters. ΔT_DTRAF is the result of the digital TRA filtering method (DTRAF). The test tube has closed ends to make zero flow measurements.

[0184] A Figura 19 mostra uma visualização do método DTRAF como um diagrama de blocos. Aqui, uma unidade geradora de pulso ajustável (76) é conectada a uma fonte de sinal de entrada em um lado de entrada e a um primeiro transdutor ultrassônico (11) em um lado de saída. O primeiro transdutor ultrassônico (11) é acoplado a um canal (77), como um conduíte (12) com um fluido. Um segundo transdutor ultrassônico (13) é acoplado ao canal (77) e uma saída do segundo transdutor ultrassônico (13) é acoplada a um ADC (64). O mesmo arranjo também é usado durante a fase de medição, que é mostrada na Fig. 19 abaixo da fase de treinamento.[0184] Figure 19 shows a visualization of the DTRAF method as a block diagram. Here, an adjustable pulse generating unit (76) is connected to an input signal source on an input side and a first ultrasonic transducer (11) on an output side. The first ultrasonic transducer (11) is coupled to a channel (77), like a conduit (12) with a fluid. A second ultrasonic transducer (13) is coupled to the channel (77) and an output of the second ultrasonic transducer (13) is coupled to an ADC (64). The same arrangement is also used during the measurement phase, which is shown in Fig. 19 below the training phase.

[0185] A linha inferior mostra uma avaliação do sinal de um sinal de resposta recebido digitalizado durante uma fase de medição. Uma primeira unidade de filtro digital (120) e uma segunda unidade de filtro digital (121) estão respectivamente conectadas a uma saída do ADC (64). As respectivas saídas das unidades de filtro digital (120), (121) são conectadas a uma entrada de uma unidade de correlação cruzada (122) e uma saída da unidade de correlação cruzada (122) está conectada a uma entrada de uma unidade de interpolação (123).[0185] The bottom row shows a signal evaluation of a digitized received response signal during a measurement phase. A first digital filter unit (120) and a second digital filter unit (121) are respectively connected to an output of the ADC (64). The respective outputs of the digital filter units (120), (121) are connected to an input of a cross-correlation unit (122) and an output of the cross-correlation unit (122) is connected to an input of an interpolation unit (123).

[0186] A Fig. 20 mostra uma ilustração de uma interpolação de pico geral para determinar um máximo de uma função de correlação. A interpolação geral de pico de acordo com a Fig. 20 foi explicada mais acima e não é repetida em detalhes aqui. Em suma, uma função de correlação é aproximada localmente por uma função cosseno ou um polinômio de ordem superior. Este cosseno é encontrado por meio de interpolação com três pontos de interpolação y [k-1] , y [k] e y [k + 1] . Então, o máximo da função cosseno é determinado. Se houver mais pontos de interpolação disponíveis, um método de mínimos quadrados pode ser usado para encontrar o cosseno. A distância dos pontos de interpolação ao cosseno também pode ser minimizada de acordo com um tipo diferente de norma.[0186] Fig. 20 shows an illustration of a general peak interpolation to determine a maximum of a correlation function. The general peak interpolation according to Fig. 20 was explained above and is not repeated in detail here. In short, a correlation function is locally approximated by a cosine function or a higher order polynomial. This cosine is found by means of interpolation with three interpolation points y [k-1] , y [k] and y [k + 1] . Then, the maximum of the cosine function is determined. If more interpolation points are available, a least squares method can be used to find the cosine. The distance of the interpolation points to the cosine can also be minimized according to a different type of norm.

[0187] A Fig. 21 mostra uma visualização do método DTRAC proposto como um diagrama de blocos. O arranjo da Fig. 21 é semelhante ao arranjo da Fig. 19. Por uma questão de brevidade, apenas os componentes na linha inferior, que são diferentes daqueles da Fig. 19, são explicados abaixo.[0187] Fig. 21 shows a visualization of the proposed DTRAC method as a block diagram. The arrangement of Fig. 21 is similar to the arrangement of Fig. 19. For the sake of brevity, only the components in the bottom row, which are different from those in Fig. 19, are explained below.

[0188] Uma entrada de uma unidade de correlação cruzada (122) é conectada a uma saída do ADC (64) e uma saída da unidade de correlação cruzada (122) é conectada a uma entrada de uma unidade de interpolação (123).[0188] An input of a cross-correlation unit (122) is connected to an output of the ADC (64) and an output of the cross-correlation unit (122) is connected to an input of an interpolation unit (123).

[0189] As Figs. 19 e 21 também pode ser visto como uma possível realização dos métodos DTRAC e DTRAF por componentes de hardware e / ou software. As várias unidades mostradas nas Figs. 19 e 21 podem ser realizados por componentes separados ou em um componente e podem ser realizados em hardware e / ou software. Por exemplo, a unidade de correlação cruzada (122) e a unidade de interpolação (123) podem ser realizadas no mesmo circuito integrado. Os procedimentos de treinamento e medição de acordo com as Figs. 19 a 21 foram explicados mais acima e não são repetidos aqui.[0189] Figs. 19 and 21 can also be seen as a possible realization of the DTRAC and DTRAF methods by hardware and/or software components. The various units shown in Figs. 19 and 21 can be realized by separate components or in a component and can be realized in hardware and/or software. For example, the cross-correlation unit (122) and the interpolation unit (123) can be realized on the same integrated circuit. The training and measurement procedures according to Figs. 19 to 21 were explained above and are not repeated here.

[0190] A Fig. 22 mostra, a título de exemplo, uma outra modalidade de um dispositivo de medição de fluxo proposto (60) para medir uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de trânsito ultrassônico (60) usando um filtro acústico digital de reversão de tempo método.[0190] Fig. 22 shows, by way of example, another embodiment of a proposed flow measuring device (60) for measuring a flow velocity of a fluid in a fluid conduit (12) with an ultrasonic transit time flowmeter ( 60) using a digital acoustic filter time-reversal method.

[0191] O buffer (67) é conectado a uma unidade geradora de pulso ajustável (76). O ADC (64) é, além disso, conectado a unidades de filtro digital (120), (121). As unidades de filtro digital (120), (121) são conectadas a uma unidade de correlação (122), que está conectada a uma unidade de interpolação (123).[0191] The buffer (67) is connected to an adjustable pulse generator unit (76). The ADC (64) is furthermore connected to digital filter units (120), (121). The digital filter units (120), (121) are connected to a correlation unit (122), which is connected to an interpolation unit (123).

[0192] A unidade de interpolação (123) está conectada a uma unidade de cálculo de velocidade (71), que está conectada a uma memória de resultado (72) e ao buffer (67).[0192] The interpolation unit (123) is connected to a speed calculation unit (71), which is connected to a result memory (72) and to the buffer (67).

Claims (13)

Método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um canal (77) com um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico (60) usando um método de filtro acústico de reversão de tempo digital, o método caracterizado por compreender as seguintes etapas:
  • - executar um processo de treinamento com uma unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de treinamento compreendendo as etapas:
  • - aplicar um sinal de entrada (x [n] ) a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local;
  • - receber um primeiro sinal de resposta para o sinal de entrada (x [n] ) em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, sendo a segunda posição a montante ou a jusante do primeiro local com respeito a uma direção de fluxo (14) do fluido;
  • - converter o primeiro sinal de resposta em um primeiro sinal de resposta digitalizado usando um conversor analógico-digital (64); e
  • - derivar um primeiro filtro de resposta digital (120) a partir do primeiro sinal de resposta digitalizado;
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um segundo sinal de resposta para o sinal de entrada (x [n] ) no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o segundo sinal de resposta em um segundo sinal de resposta digitalizado usando o conversor analógico-digital (64); e
  • - derivar um segundo filtro de resposta digital (121) a partir do segundo sinal de resposta digitalizado;
  • - executar um processo de medição com a unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de medição compreendendo as etapas:
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - receber um terceiro sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - converter o sinal de resposta em um terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - executar um processo de medição de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de medição de direção reversa compreendendo as etapas:
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um quarto sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o quarto sinal de resposta em um quarto sinal de resposta de direção reversa digitalizado (y21´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - derivar um primeiro sinal de entrada de correlação (y12 [n] ) a partir do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´[n] ) e do primeiro filtro de resposta digital (120), a derivação compreendendo a inversão do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´[n] ) ou o primeiro filtro de resposta digital (120) com respeito ao tempo;
  • - derivar um segundo sinal de entrada de correlação (y21 [n] ) a partir do quarto sinal de resposta digitalizado (y21´[n] ) e do segundo filtro de resposta digital (121), a derivação compreendendo a inversão do quarto sinal de resposta digitalizado (y21´[n] ) ou o segundo filtro de resposta digital (121) com respeito ao tempo; e
  • - derivar um tempo de voo de diferença (ΔT) do primeiro sinal de entrada de correlação (y12[n] ) e o segundo sinal de entrada de correlação (y21[n] ) calculando uma correlação discreta do primeiro sinal de entrada de correlação (y12 [n] ) com o segundo sinal de entrada de correlação (y21 [n] ), em que um índice de tempo de um valor máximo da correlação discreta usando um método de interpolação é determinado.
Method for determining a flow velocity of a fluid in a channel (77) with a fluid conduit (12) with an ultrasonic travel time flow meter (60) using a digital time reversal acoustic filter method, the method characterized by comprising the following steps:
  • - performing a training process with an adjustable pulse generator unit (76), the training process comprising the steps:
  • - applying an input signal (x [n] ) to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) at a first location;
  • - receiving a first response signal to the input signal (x [n] ) at a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) at a second location, the second position upstream or downstream of the first location with respect to a flow direction (14) of the fluid;
  • - converting the first response signal into a digitized first response signal using an analog-to-digital converter (64); and
  • - deriving a first digital response filter (120) from the first digitized response signal;
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a second response signal to the input signal (x[n]) at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the second response signal into a second digitized response signal using the analog-to-digital converter (64); and
  • - deriving a second digital response filter (121) from the second digitized response signal;
  • - performing a measurement process with the adjustable pulse generator unit (76), the measurement process comprising the steps:
  • - apply the input signal (x [n] ) to the first ultrasonic transducer (11);
  • - receiving a third response signal from the input signal (x [n] ) in the second ultrasonic transducer (13);
  • - converting the response signal into a third digitized response signal (y12' [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - performing a reverse direction measurement process with the adjustable pulse generator unit (76), the reverse direction measurement process comprising the steps:
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a fourth response signal from the input signal (x [n] ) in the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the fourth response signal into a fourth digitized reverse direction response signal (y21' [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - deriving a first correlation input signal (y12 [n] ) from the third digitized response signal (y12´[n] ) and the first digital response filter (120), the derivation comprising inverting the third signal digitized response (y12´[n] ) or the first digital response filter (120) with respect to time;
  • - deriving a second correlation input signal (y21 [n] ) from the fourth digitized response signal (y21´[n] ) and the second digital response filter (121), the derivation comprising inverting the fourth signal digitized response (y21´[n] ) or the second digital response filter (121) with respect to time; and
  • - deriving a difference time of flight (ΔT) of the first correlation input signal (y12[n] ) and the second correlation input signal (y21[n] ) by calculating a discrete correlation of the first correlation input signal ( y12 [n] ) with the second correlation input signal (y21 [n] ), where a time index of a maximum value of the discrete correlation using an interpolation method is determined.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo filtro de resposta digital (121) é igual ao primeiro filtro de resposta digital (120).Method according to claim 1, characterized in that the second digital response filter (121) is the same as the first digital response filter (120). Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo filtro de resposta digital (121) é um filtro de resposta de direção reversa digital, em que uma determinação do filtro de resposta de direção reversa compreende as seguintes etapas:
  • - executar um processo de treinamento de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplicar o sinal de entrada de direção reversa (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um sinal de resposta de direção reversa para o sinal de treinamento de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o sinal de resposta de direção reversa em um sinal de resposta de direção reversa digitalizado usando o conversor analógico-digital (64);
  • - derivar taps de filtro de resposta de direção reversa digital (hMF,21 [n] ) do sinal de resposta de direção reversa digitalizado; e
  • - derivar o segundo filtro de resposta digital (121) das derivações de filtro de resposta de direção reversa digital (hMF,21 [n] ).
Method according to claim 1, characterized in that the second digital response filter (121) is a digital reverse direction response filter, wherein a determination of the reverse direction response filter comprises the following steps:
  • - performing a reverse direction training process with the adjustable pulse generator unit (76);
  • - applying the reverse direction input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a reverse direction response signal for the reverse direction training signal at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the reverse direction response signal into a digitized reverse direction response signal using the analog-to-digital converter (64);
  • - deriving digital reverse direction response filter taps (hMF,21 [n] ) from the digitized reverse direction response signal; and
  • - deriving the second digital response filter (121) from digital reverse direction response filter derivations (hMF,21[n]).
Método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um canal (77) com um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico (60) usando um método de filtro acústico de reversão de tempo digital, o método caracterizado por compreender as etapas:
  • - executar um processo de treinamento com uma unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de treinamento compreendendo as etapas:
  • - aplicar um sinal de entrada (x [n] ) a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local;
  • - receber um primeiro sinal de resposta para o sinal de entrada (x [n] ) em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, sendo o segundo local a montante ou a jusante do primeiro local com respeito a uma direção de fluxo do fluido;
  • - converter o primeiro sinal de resposta em um primeiro sinal de resposta digitalizado usando um conversor analógico-digital (64);
  • - determinar um primeiro filtro de resposta digital com derivações de filtro (hMF, 12 [n] ) a partir do primeiro sinal de resposta digitalizado;
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um segundo sinal de resposta no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o segundo sinal de resposta em um segundo sinal de resposta digitalizado usando o conversor analógico-digital (64); e
  • - determinar um segundo filtro de resposta digital com derivações de filtro (hMF, 21 [n] ) a partir do segundo sinal de resposta digitalizado;
  • - executar um processo de medição com a unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de medição compreendendo as etapas:
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - receber um terceiro sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - converter o terceiro sinal de resposta em um terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - executar um processo de medição de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76), o processo de medição de direção reversa compreendendo as etapas:
  • - aplicar o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um quarto sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o quarto sinal de resposta em um quarto sinal de resposta digitalizado (y21´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - derivar um primeiro tempo de voo (Tabs,12) a partir do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12'[n] ) e o primeiro sinal de resposta digitalizado calculando uma correlação discreta do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12'[n] ) com o primeiro sinal de resposta digitalizado, em que um índice de tempo de um valor máximo da correlação discreta usando um método de interpolação é determinado;
  • - derivar um segundo tempo de voo (Tabs,21) a partir do quarto sinal de resposta digitalizado (y21'[n] ) e o segundo sinal de resposta digitalizado calculando uma correlação discreta do quarto sinal de resposta digitalizado (y21'[n] ) com o segundo sinal de resposta digitalizado, em que um índice de tempo de um valor máximo da correlação discreta usando um método de interpolação é determinado; e
  • - derivando uma diferença de tempo de vôo (ΔT) por uma subtração dos tempos de vôo anteriormente derivados (Tabs, 12, Tabs, 21).
Method for determining a flow velocity of a fluid in a channel (77) with a fluid conduit (12) with an ultrasonic travel time flow meter (60) using a digital time reversal acoustic filter method, the method characterized by comprising the steps:
  • - performing a training process with an adjustable pulse generator unit (76), the training process comprising the steps:
  • - applying an input signal (x [n] ) to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) at a first location;
  • - receiving a first response signal to the input signal (x [n] ) at a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) at a second location, the second location upstream or downstream of the first location with respect to a fluid flow direction;
  • - converting the first response signal into a digitized first response signal using an analog-to-digital converter (64);
  • - determining a first digital response filter with filter taps (hMF, 12 [n] ) from the first digitized response signal;
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a second response signal at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the second response signal into a second digitized response signal using the analog-to-digital converter (64); and
  • - determining a second digital response filter with filter derivations (hMF, 21 [n] ) from the second digitized response signal;
  • - performing a measurement process with the adjustable pulse generator unit (76), the measurement process comprising the steps:
  • - apply the input signal (x [n] ) to the first ultrasonic transducer (11);
  • - receiving a third response signal from the input signal (x [n] ) in the second ultrasonic transducer (13);
  • - converting the third response signal into a third digitized response signal (y12' [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - performing a reverse direction measurement process with the adjustable pulse generator unit (76), the reverse direction measurement process comprising the steps:
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a fourth response signal from the input signal (x [n] ) in the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the fourth response signal into a fourth digitized response signal (y21´ [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - derive a first time of flight (Tabs,12) from the third digitized response signal (y12'[n] ) and the first digitized response signal by calculating a discrete correlation of the third digitized response signal (y12'[n] ) with the first digitized response signal, wherein a time index of a maximum value of the discrete correlation using an interpolation method is determined;
  • - derive a second time of flight (Tabs,21) from the fourth digitized response signal (y21'[n] ) and the second digitized response signal by calculating a discrete correlation of the fourth digitized response signal (y21'[n] ) with the second digitized response signal, wherein a time index of a maximum value of the discrete correlation using an interpolation method is determined; and
  • - deriving a time-of-flight difference (ΔT) by a subtraction of previously derived flight times (Tabs, 12, Tabs, 21).
Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o segundo filtro de resposta digital é igual ao primeiro filtro de resposta digital.Method according to claim 4, characterized in that the second digital response filter is the same as the first digital response filter. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro filtro de resposta digital é um filtro de resposta de direção direta; em que o segundo filtro de resposta digital é um filtro de resposta de direção reversa; em que as derivações de filtro (hMF,12) do filtro de resposta de direção direta são derivadas do primeiro sinal de resposta digitalizado; e em que as derivações de filtro (hMF, 21) do filtro de resposta de direção reversa são derivadas do segundo sinal de resposta digitalizadoMethod, according to claim 4, characterized in that the first digital response filter is a direct direction response filter; wherein the second digital response filter is a reverse direction response filter; wherein the filter taps (hMF,12) of the forward direction response filter are derived from the first digitized response signal; and wherein the filter taps (hMF, 21) of the reverse direction response filter are derived from the second digitized response signal Método para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) usando um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico, o método caracterizado por compreender as etapas:
  • - gerar um sinal de treinamento com uma unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplicar o sinal de treinamento a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em uma primeira posição;
  • - receber um sinal de resposta ao sinal de treinamento em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em uma segunda posição, a segunda posição sendo a montante ou a jusante da primeira posição com respeito a uma direção de fluxo do fluido;
  • - converter o sinal de resposta em um sinal de resposta digitalizado usando um conversor analógico-digital (64);
  • - inverter o sinal de resposta digitalizado em relação ao tempo para obter um sinal de resposta digitalizado invertido;
  • - gerar um sinal de medição modulado por largura de pulso a partir do sinal de resposta digitalizado invertido;
  • - aplicar o sinal de medição modulado por largura de pulso ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - receber um sinal de resposta do sinal de medição modulado por largura de pulso no segundo transdutor ultrassônico (13); e
  • - derivar um tempo de vôo (ΔT) do sinal de resposta.
Method for determining a flow velocity of a fluid in a fluid conduit (12) using an ultrasonic travel time flow meter, the method characterized by comprising the steps:
  • - generating a training signal with an adjustable pulse generator unit (76);
  • - applying the training signal to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) in a first position;
  • - receiving a response signal to the training signal in a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) in a second position, the second position being upstream or downstream of the first position with respect to a fluid flow direction;
  • - converting the response signal into a digitized response signal using an analog-to-digital converter (64);
  • - inverting the digitized response signal with respect to time to obtain an inverted digitized response signal;
  • - generating a pulse width modulated measurement signal from the inverted digitized response signal;
  • - applying the pulse width modulated measurement signal to the first ultrasonic transducer (11);
  • - receiving a response signal from the pulse width modulated measurement signal in the second ultrasonic transducer (13); and
  • - derive a time of flight (ΔT) from the response signal.
Unidade de processamento eletrônico (53) para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um canal (77) com um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico (60) usando um método de filtro acústico de reversão de tempo digital, caracterizado por compreender:
  • - uma unidade geradora de pulso ajustável (76), a unidade geradora de pulso (76) sendo operativa para executar um processo de treinamento com um sinal de entrada (x [n] );
  • - um meio de transmissão, o meio de transmissão sendo operativo para aplicar o sinal de entrada (x [n] ) a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local;
  • - um meio de recepção, o meio de recepção sendo operativo para receber um primeiro sinal de resposta para o sinal de entrada (x [n] ) em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, o segundo local sendo a montante ou a jusante do primeiro local em relação a uma direção de fluxo do fluido;
  • - um conversor analógico para digital (64), o conversor analógico para digital (64) sendo operativo para converter o primeiro sinal de resposta em um primeiro sinal de resposta digitalizado;
  • - um meio de processamento, o meio de processamento sendo operativo para determinar um primeiro filtro de resposta digital (120) com derivações de filtro FIR (h_MF12 [n] ) a partir do sinal de resposta digitalizado;
  • - o meio de transmissão sendo ainda operativo para aplicar o sinal de entrada (x [n] ) a um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) no segundo local;
  • - os meios de recepção sendo ainda operativos para receber um segundo sinal de resposta ao sinal de entrada (x [n] ) no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - o conversor analógico para digital (64) sendo adicionalmente operativo para converter o segundo sinal de resposta em um segundo sinal de resposta digitalizado;
  • - os meios de processamento sendo ainda operativos para determinar um segundo filtro de resposta digital (121) com torneiras de filtro FIR (hMF,21 [n] ) a partir do segundo sinal de resposta digitalizado;
  • - a unidade geradora de pulso ajustável (76) sendo adicionalmente operativa para executar um processo de medição com o sinal de entrada (x [n] );
  • - o meio de transmissão sendo adicionalmente operativo para aplicar o sinal de entrada (x [n] ) do processo de medição ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - os meios de recepção sendo ainda operativos para receber um terceiro sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) do processo de medição no segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - os meios de processamento sendo operativos para converter o terceiro sinal de resposta em um terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - a unidade geradora de pulso ajustável (76) sendo adicionalmente operativa para executar um processo de medição de direção reversa com o sinal de entrada (x [n] );
  • - o meio de transmissão sendo adicionalmente operativo para aplicar o sinal de entrada (x [n] ) do processo de medição de direção reversa ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - o meio de recepção sendo adicionalmente operativo para receber um quarto sinal de resposta do processo de medição de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - o conversor analógico-digital (64) sendo adicionalmente operativo para converter o quarto sinal de resposta do processo de medição de direção reversa em um quarto sinal de resposta digitalizado (y21´) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - o meio de processamento sendo operativo para:
  • - derivar um primeiro sinal de entrada de correlação (y12) a partir do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´) e do primeiro filtro de resposta digital (120), a derivação compreendendo a inversão do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´) ou do primeiro filtro de resposta digital (120) com respeito ao tempo;
  • - derivar um segundo sinal de entrada de correlação (y21) a partir do quarto sinal de resposta digitalizado (y21´) e do segundo filtro de resposta digital (121), a derivação compreendendo a inversão do quarto sinal de resposta digitalizado ou do segundo filtro de resposta digital (121) com respeito ao tempo;
  • - derivar um tempo de voo de diferença (ΔT) do primeiro sinal de entrada de correlação (y12 [n] ) e o segundo sinal de entrada de correlação (y21 [n] ) calculando uma correlação discreta do primeiro sinal de entrada de correlação (y12 [n] ) e o segundo sinal de entrada de correlação (y21 [n] ) e determinar um índice de tempo de um valor máximo da correlação discreta usando um método de interpolação.
Electronic processing unit (53) for determining a flow velocity of a fluid in a channel (77) with a fluid conduit (12) with an ultrasonic travel time flow meter (60) using an acoustic filter method of digital time reversal, characterized by comprising:
  • - an adjustable pulse generating unit (76), the pulse generating unit (76) being operative to carry out a training process with an input signal (x[n]);
  • - a transmission means, the transmission means being operative to apply the input signal (x [n] ) to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) at a first location;
  • - a receiving means, the receiving means being operative to receive a first response signal to the input signal (x[n]) in a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the conduit of fluid (12) at a second location, the second location being upstream or downstream of the first location relative to a fluid flow direction;
  • - an analogue to digital converter (64), the analogue to digital converter (64) being operative to convert the first response signal into a digitized first response signal;
  • - a processing means, the processing means being operative to determine a first digital response filter (120) with FIR filter derivations (h_MF12[n]) from the digitized response signal;
  • - the transmission means being further operative to apply the input signal (x [n] ) to a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) at the second location;
  • - the receiving means further being operative to receive a second signal in response to the input signal (x[n]) in the first ultrasonic transducer (11);
  • - the analogue to digital converter (64) being further operative to convert the second response signal into a second digitized response signal;
  • - the processing means further being operative to determine a second digital response filter (121) with FIR filter taps (hMF,21 [n] ) from the second digitized response signal;
  • - the adjustable pulse generating unit (76) being additionally operative to carry out a measurement process with the input signal (x[n]);
  • - the transmission means being additionally operative to apply the input signal (x [n] ) of the measurement process to the first ultrasonic transducer (11);
  • - the receiving means further being operative to receive a third response signal from the input signal (x[n]) of the measurement process in the second ultrasonic transducer (13);
  • - the processing means being operative to convert the third response signal into a third digitized response signal (y12') using the analog-to-digital converter (64);
  • - the adjustable pulse generator unit (76) being additionally operative to perform a reverse direction measurement process with the input signal (x[n]);
  • - the transmission means being additionally operative to apply the input signal (x [n] ) of the reverse direction measurement process to the second ultrasonic transducer (13);
  • - the receiving means further being operative to receive a fourth response signal from the reverse direction measurement process at the first ultrasonic transducer (11);
  • - the analogue-digital converter (64) being further operative to convert the fourth response signal of the reverse direction measurement process into a fourth digitized response signal (y21') using the analogue-digital converter (64);
  • - the processing means being operative for:
  • - deriving a first correlation input signal (y12) from the third digitized response signal (y12') and the first digital response filter (120), the derivation comprising inverting the third digitized response signal (y12'); or the first digital response filter (120) with respect to time;
  • - deriving a second correlation input signal (y21) from the fourth digitized response signal (y21') and the second digital response filter (121), the derivation comprising inverting the fourth digitized response signal or the second filter digital response (121) with respect to time;
  • - deriving a difference time of flight (ΔT) of the first correlation input signal (y12 [n] ) and the second correlation input signal (y21 [n] ) by calculating a discrete correlation of the first correlation input signal ( y12 [n] ) and the second correlation input signal (y21 [n] ) and determine a time index of a maximum value of the discrete correlation using an interpolation method.
Unidade de processamento eletrônico (53) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o segundo filtro de resposta digital (121) é igual ao primeiro filtro de resposta digital (120).Electronic processing unit (53) according to claim 8, characterized in that the second digital response filter (121) is the same as the first digital response filter (120). Unidade de processamento eletrônico (53), de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o segundo filtro de resposta digital (121) é um filtro de resposta de direção reversa digital, e em que a unidade de processamento eletrônico (53) é ainda operativa para
  • - gerar um sinal de treinamento de direção reversa com uma unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplique o sinal de treinamento de direção reversa ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um sinal de resposta de direção reversa para o sinal de treinamento de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o sinal de resposta de direção reversa em um sinal de resposta de direção reversa digitalizado usando um conversor analógico-digital (64); e
  • - derivar o segundo filtro de resposta digital (121) com torneiras de filtro FIR (hMF, 21 [n] ) a partir do sinal de resposta de direção reversa digitalizado.
Electronic processing unit (53) according to claim 8, characterized in that the second digital response filter (121) is a digital reverse direction response filter, and wherein the electronic processing unit (53) is still operative for
  • - generating a reverse direction training signal with an adjustable pulse generator unit (76);
  • - apply the reverse direction training signal to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a reverse direction response signal for the reverse direction training signal at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the reverse direction response signal into a digitized reverse direction response signal using an analog-to-digital converter (64); and
  • - deriving the second digital response filter (121) with FIR filter taps (hMF, 21 [n] ) from the digitized reverse direction response signal.
Unidade de processamento eletrônico (53) para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um canal (77) com um conduíte de fluido (12) com um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico (60) usando um método de filtro acústico de reversão de tempo digital, em que a unidade de processamento eletrônico (53) é caracterizada por ser operativa para:
  • - executar um processo de treinamento com uma unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplicar um sinal de entrada (x [n] ) a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local;
  • - receber um primeiro sinal de resposta para o sinal de entrada (x [n] ) em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, sendo o segundo local a montante ou a jusante da primeira posição com respeito a uma direção de fluxo do fluido;
  • - converter o primeiro sinal de resposta em um primeiro sinal de resposta digitalizado usando um conversor analógico para digital (64);
  • - derivar um filtro de resposta digital com derivações de filtro FIR (hMF,12 [n] ) a partir do primeiro sinal de resposta digitalizado;
  • - executar um processo de treinamento de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplique o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um segundo sinal de resposta no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o segundo sinal de resposta em um segundo sinal de resposta digitalizado usando o conversor analógico-digital (64);
  • - determinar um filtro de resposta digital com derivações de filtro (hMF, 21 [n] ) a partir do segundo sinal de resposta de direção reversa digitalizado;
  • - executar um processo de medição com a unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplique o sinal de entrada (x [n] ) ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - receber um terceiro sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - converter o terceiro sinal de resposta em um terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - executar um processo de medição de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplique o sinal de entrada (x [n] ) ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um quarto sinal de resposta do sinal de entrada (x [n] ) no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o quarto sinal de resposta em um quarto sinal de resposta digitalizado (y21´ [n] ) usando o conversor analógico-digital (64);
  • - derivar um primeiro sinal de correlação (r12) a partir do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´) e o filtro de resposta digital com derivações de filtro (hMF, 12 [n] ) calculando uma convolução, a derivação compreendendo a inversão do terceiro sinal de resposta digitalizado (y12´) ou o filtro digital com as derivações do filtro (hMF, 12 [n] ) em relação ao tempo;
  • - derivar um segundo sinal de correlação (r21) do quarto sinal de resposta digitalizado (y21´) e um segundo filtro de resposta digital com torneiras de filtro (hMF,21 [n] ) calculando uma convolução, a derivação compreendendo a inversão da quarta resposta digitalizada sinal ou o filtro digital com as derivações do filtro (hMF,21 [n] ) em relação ao tempo;
  • - derivar tempos de vôo (Tabs,12, Tabs,21) de cada sinal de correlação (r12, r21) por um método de interpolação; e
  • - derivar uma diferença de tempo de voo (ΔT) por uma subtração dos tempos de voo anteriormente derivados (Tabs,12 - Tabs, 21).
Electronic processing unit (53) for determining a flow velocity of a fluid in a channel (77) with a fluid conduit (12) with an ultrasonic travel time flow meter (60) using an acoustic filter method of digital time reversal, in which the electronic processing unit (53) is characterized by being operative for:
  • - carrying out a training process with an adjustable pulse generating unit (76);
  • - applying an input signal (x [n] ) to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) at a first location;
  • - receiving a first response signal to the input signal (x [n] ) at a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) at a second location, the second location upstream or downstream of the first position with respect to a fluid flow direction;
  • - converting the first response signal into a digitized first response signal using an analog to digital converter (64);
  • - deriving a digital response filter with FIR filter derivations (hMF,12 [n] ) from the first digitized response signal;
  • - performing a reverse direction training process with the adjustable pulse generator unit (76);
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a second response signal at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the second response signal into a second digitized response signal using the analog-to-digital converter (64);
  • - determining a digital response filter with filter derivations (hMF, 21 [n] ) from the second digitized reverse direction response signal;
  • - carrying out a measurement process with the adjustable pulse generator unit (76);
  • - apply the input signal (x [n] ) to the first ultrasonic transducer (11);
  • - receiving a third response signal from the input signal (x [n] ) in the second ultrasonic transducer (13);
  • - converting the third response signal into a third digitized response signal (y12' [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - performing a reverse direction measurement process with the adjustable pulse generator unit (76);
  • - apply the input signal (x [n] ) to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a fourth response signal from the input signal (x [n] ) in the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the fourth response signal into a fourth digitized response signal (y21´ [n] ) using the analog-to-digital converter (64);
  • - deriving a first correlation signal (r12) from the third digitized response signal (y12´) and the digital response filter with filter derivations (hMF, 12 [n] ) calculating a convolution, the derivation comprising the inversion of the third digitized response signal (y12´) or the digital filter with the filter derivations (hMF, 12 [n] ) with respect to time;
  • - deriving a second correlation signal (r21) from the fourth digitized response signal (y21') and a second digital response filter with filter taps (hMF,21 [n] ) calculating a convolution, the derivation comprising inverting the fourth response digitized signal or the digital filter with the derivations of the filter (hMF,21 [n] ) with respect to time;
  • - deriving flight times (Tabs,12, Tabs,21) from each correlation signal (r12, r21) by an interpolation method; and
  • - derive a time-of-flight difference (ΔT) by subtracting the previously derived flight times (Tabs, 12 - Tabs, 21).
Unidade de processamento eletrônico (53), de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o filtro de resposta digital com as derivações do filtro (hMF,21 [n] ) é igual ao filtro de resposta digital com as derivações do filtro (hMF,12 [n] ).Electronic processing unit (53), according to claim 11, characterized in that the digital response filter with the filter taps (hMF,21 [n] ) is equal to the digital response filter with the filter taps (hMF,12 [n] ). Unidade de processamento eletrônico (53), de acordo com a reivindicação 12, em que o filtro de resposta digital com as derivações de filtro (hMF,21 [n] ) é um filtro de resposta de direção reversa digital e em que uma derivação do filtro de resposta de direção reversa caracterizado por compreender as etapas:
  • - executar um processo de treinamento de direção reversa com a unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplicar o sinal de treinamento de direção reversa ao segundo transdutor ultrassônico (13);
  • - receber um sinal de resposta de direção reversa para o sinal de treinamento de direção reversa no primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - converter o sinal de resposta de direção reversa em um sinal de resposta de direção reversa digitalizado usando um conversor analógico-digital (64);
  • - derivar o filtro de resposta de direção reversa digital com taps de filtro FIR (hMF,21 [n] ) do sinal de resposta de direção reversa digitalizado. 14. Unidade de processamento eletrônico (53) para determinar uma velocidade de fluxo de um fluido em um conduíte de fluido (12) usando um medidor de fluxo de tempo de viagem ultrassônico, a unidade de processamento eletrônico (53), caracterizada por ser sendo operativa para:
  • - gerar um sinal de treinamento com uma unidade geradora de pulso ajustável (76);
  • - aplicar um sinal de entrada (x [n] ) a um primeiro transdutor ultrassônico (11), o primeiro transdutor ultrassônico (11) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um primeiro local;
  • - receber um sinal de resposta ao sinal de treinamento em um segundo transdutor ultrassônico (13), o segundo transdutor ultrassônico (13) sendo montado no conduíte de fluido (12) em um segundo local, o segundo local sendo a montante ou a jusante do primeiro local com respeito a uma direção de fluxo do fluido;
  • - converter o sinal de resposta em um sinal de resposta digitalizado usando um conversor analógico-digital (64);
  • - inverter o sinal de resposta digitalizado em relação ao tempo para obter um sinal de resposta digitalizado invertido;
  • - executar um processo de medição modulada por largura de pulso com o sinal de resposta digitalizado invertido,
  • - aplicar o sinal de medição modulado por largura de pulso ao primeiro transdutor ultrassônico (11);
  • - receber um sinal de resposta do sinal de medição modulado por largura de pulso no segundo transdutor ultrassônico (13); e
  • - derivar um tempo de vôo (ΔT) do sinal de resposta.
Electronic processing unit (53) according to claim 12, wherein the digital response filter with the filter taps (hMF,21 [n] ) is a digital reverse direction response filter and wherein a tap of the reverse direction response filter characterized by comprising the steps:
  • - performing a reverse direction training process with the adjustable pulse generator unit (76);
  • - applying the reverse direction training signal to the second ultrasonic transducer (13);
  • - receiving a reverse direction response signal for the reverse direction training signal at the first ultrasonic transducer (11);
  • - converting the reverse direction response signal into a digitized reverse direction response signal using an analog-to-digital converter (64);
  • - derive the digital reverse direction response filter with FIR filter taps (hMF,21 [n] ) from the digitized reverse direction response signal. 14. Electronic processing unit (53) for determining a flow velocity of a fluid in a fluid conduit (12) using an ultrasonic travel time flowmeter, the electronic processing unit (53), characterized in that it is being operative for:
  • - generating a training signal with an adjustable pulse generator unit (76);
  • - applying an input signal (x [n] ) to a first ultrasonic transducer (11), the first ultrasonic transducer (11) being mounted in the fluid conduit (12) at a first location;
  • - receiving a response signal to the training signal at a second ultrasonic transducer (13), the second ultrasonic transducer (13) being mounted in the fluid conduit (12) at a second location, the second location being upstream or downstream of the first location with respect to a fluid flow direction;
  • - converting the response signal into a digitized response signal using an analog-to-digital converter (64);
  • - inverting the digitized response signal with respect to time to obtain an inverted digitized response signal;
  • - perform a pulse width modulated measurement process with the inverted digitized response signal,
  • - applying the pulse width modulated measurement signal to the first ultrasonic transducer (11);
  • - receiving a response signal from the pulse width modulated measurement signal in the second ultrasonic transducer (13); and
  • - derive a time of flight (ΔT) from the response signal.
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