CN100401022C - 超声波流量计和超声波流量测量方法 - Google Patents

Abstract

一种流量计，包括：传播时间差方法单元，具有传感器和经由传感器选择开关连接到传感器的接收信号放大控制单元和流量计算单元；脉冲多普勒方法单元，具有连接到传感器的接收信号放大控制单元和积分计算单元；对它们公用的发射/接收定时控制单元；测量方法选择控制单元，用于控制传播时间差方法单元和脉冲多普勒方法单元和并行操作之间的转换；以及测量值输出选择器开关，用于选择传播时间差方法单元和脉冲多普勒方法单元的输出。即，单个流量计能通过对测量范围无限制的传播时间差方法和具有测量范围上限但允许高精度测量的脉冲多普勒方法，来执行流量测量。

Description

超声波流量计和超声波流量测量方法

技术领域

本发明涉及超声波流量计，用于通过将超声波发射到作为测量的对象的流体中来测量流体的流量，以及更具体地说，涉及超声波流量计和超声波流量测量方法，有效地可应用于各种流体等的流量测量。

背景技术

用于在管道外壁上安装检测器、将超声波从管道外发射到在管道中流动的流体中、以及通过测量在流体内传播的超声波的变化来测量管道内部的流量的钳制型(clamp-on type)超声波流量计具有许多优点，诸如现有管道不要求特定安装工作，以及受流体温度或压力或其腐蚀性的最小影响。

存在如用于这种流量计的流量测量方法的已知技术，诸如脉冲多普勒方法和传输时间方法。

通过脉冲多普勒方法进行流量测量具有至少一个检测器，该检测器具有集成的发射机-接收机，将超声波脉冲发射到作为测量对象的流体中，并接收由异物，诸如混入流体中的气泡反射的超声回波，如图1A所示。

这是回波的频率偏移与流速成比例的量的原理的应用。由于回波从检测器附近的流体部分快速返回，以及返回时间随距离而被延迟，使用该现象获得沿横线位置处的流速分布Vx，然后，管道整个截面(A)上的分布的积分获得流量，用(1)表示。

[表达式1]

Q＝∫Vx·dA    …(1)

该方法能高精确和高速响应，并具有良好的抗气泡质量。然而，该方法面临不能测量具有少量杂质以及可测量的速度范围受限的技术问题。

专利文献1已经注意到可测量的速度范围。即，用下面的表达式来表示最大可测量速度V_MAX：

[表达式2]

V_MAX≤C_f ²/(8·D·f₀·sinθ_f)    …(2)

其中，C_f是流体的声速，D是管道内径，以及f₀是超声波的发射频率。

这是因为脉冲多普勒方法通过以重复频率f_prf采样多普勒频移f_d来计算出f_d，如图1B和1C所示，因此，根据采样定理，需要：

[表达式3]

V_prf≥2·f_d    …(3)

同时，为了测量沿测量线管道的整个面积上的流速分布，因为不可能执行后续测量直到回波从管道另一侧的管壁返回，需要：

[表达式4]

V_prf≤C_f/(2·D)    …(4)

此外，当测量的流体的速度为V_f时，由下式来表示多普勒频移f_d：

[表达式5]

f_d＝2·V_f·sinθ_f·f₀/C_f    …(5)

表达式(3)至(5)的结合产生表达式(2)，使得存在可测量流速的上限显而易见。

有关脉冲多普勒方法的另一问题是，不可能检测到检测器侧管壁附近的流速的事实。即，如果至少使用具有集成发射机/接收机的检测器，则脉冲多普勒方法进行的流量测量能够测量流速分布，但在检测器侧管壁附近，速度测量精度降低。作为该问题的对策，专利文献2已经公开了一种通过推断具有检测器的管壁部分对侧的管壁部分的正常检测流速，来获得流体流量的方法。专利文献3已经公开了一种通过在流体截面的中心将测量的速度分布划分成两个来产生两个分开的分布，以及通过折叠具有较小波动的划分的分布之一，而获得整个流体截面的流速的方法。

然而，这些方法均假定流体流为凸起和对称流，并导致对于诸如弯曲或汇合处的流的不对称流，流量测量精度降低。假定流仅具有轴向分量，如果在弯曲或汇合处在流中出现径向分量，则导致发生流量测量精度降低。

另一方面，传输时间方法是采用集成发射机/接收机的一对检测器的方法，如图2A所示，以及比较从上游到下游侧的超声波传输时间T1(参见图2B)和从下游到上游侧的超声波传输时间T2(参见图2C)，并根据下述表达式(6)和(7)，获得平均流速V和流量Q。

[表达式6]

$V_t=\frac{D}{\sin 2{\mathrm{\θ}}_f}-\frac{\mathrm{\ΔT}}{{(T_0-\mathrm{\τ})}^2}\·\·\·\left(6\right)$

[表达式7]

$Q=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2\·\frac{1}{K}\·V_t...\left(7\right)$

其中，ΔT＝T2-T1；D：管道直径；θ_f：超声波进入流体的入射角；T₀：静水中的传播时间(＝(T1+T2)/2)；τ：管壁和楔中的传播时间；K：用于平均流速的转换系数。

尽管该方法与上述脉冲多普勒方法相比，具有问题，诸如低精度、慢响应和由于气泡或杂质的易损性，但它具有下述优点，诸如测量没有气泡或杂质的流体的能力，以及与脉冲多普勒方法相反，没有可测量范围的局限。

迄今所述，由于使用利用脉冲多普勒方法或传输时间方法的单一测量仪器来测量流量的传统方法面临降低测量精度的技术问题，或根据作为测量对象的流体的速度或诸如包括气泡的条件而不能测量，脉冲多普勒方法和传输时间方法均具有优点和缺点。

[专利文献1]公开日本专利申请公开号No.2004-12205

[专利文献2]公开日本专利申请公开号No.10-281832

[专利文献3]公开日本专利申请公开号No.2004-12204

发明内容

本发明的目的是，提供一种超声波流量计和超声波流量测量方法，能提高测量精度和可测量范围，而不受流体的状态，诸如流速和气泡量的影响。

本发明的另一目的是，实现产品成本降低和简化安装用于超声波流量计的检测器。

本发明的另一目的是，通过消除在单个检测器的情况下脉冲多普勒方法固有的技术问题，来提高流量的测量精度，同时抑制成本增加。

此外，本发明的另一目的是，提供一种流量测量方法和装置，能通过根据条件，诸如流速分布或作为测量对象的流体的气泡量，而在两个测量方法，即脉冲多普勒方法和传输时间方法之间进行切换，在大范围的速度上通过高精度来测量流量。

本发明的第一方面是，提供一种超声波流量计，其包括多个流量测量单元，用于通过以相互不同的测量原理来使用超声波，测量管道中流体的流量。

本发明的第二方面是提供一种超声波流量计，包括：多个流量测量单元，用于使用超声波，通过相互不同的测量原理来测量管道中流体的流量；以及传感器单元，用于通过被安装在管道上并在多个流量测量单元之间共用，来执行声信号和电信号之间的相互转换。

本发明的第三方面是提供一种超声波流量计，包括：第一流量测量单元，用于通过使用传输时间方法来检测管道中流体的流量；第二流量测量单元，用于通过使用脉冲多普勒方法来检测管道中流体的流量；多个第一和第二传感器单元，被安装到作为测量对象的流体在其中流过的管道上，每个传感器单元执行声信号和电信号之间的相互转换；以及传感器转换单元，用于使第一和第二流量测量单元共用所述传感器单元。

本发明的第四方面是提供一种超声波流量测量方法，用于通过使用超声波来测量管道内流体的流量，由多个流量测量单元来测量流量，多个流量测量单元分别使用不同的测量原理、共用多个传感器单元，每个传感器单元被安装到管道上、执行声信号和电信号之间的相互转换，以及对于每个流量测量单元改变传感器单元的连接。

多个流量测量单元例如可以配置成包括第一流量测量单元和第二流量测量单元，第一流量测量单元用于通过使用传输时间方法来检测管道内流体的流量，以及第二流量测量单元用于通过使用脉冲多普勒方法来检测管道内流体的流量。

可以具有检测器转换单元，其允许至少一个检测器操作，以便使得脉冲多普勒方法使用需要两个检测器的传输时间方法中使用的一对检测器中的至少一个。

可以配置成一对检测器被置于跨越管道轴的相对侧，并处于在流体流动方向上相互位移的位置，或可以配置成一对检测器被置于管道的同一侧，并处于在流体流向方向上相互分离的位置。

如上，根据本发明的超声波流量计包括具有不同测量原理的第一流量测量单元和第二流量测量单元，相互独立地使用它们或同时使用它们，从而通过相互补充另一方法的缺点，使得可以在宽范围测量流体的流量并具有高精度，而没有作为测量对象的流体的各种状态，诸如速度和气泡的影响。

由多个测量方法共用检测器使得可以减少检测器的数量以及其生产和安装成本，因此允许以低成本、在宽范围上和高精度上测量流体的流量。

将一对检测器共用于脉冲多普勒方法的测量并与使用两个检测器的测量结果相结合，使得可以在使用单个检测器的情况下，通过防止靠近安装侧管壁的测量精度降低，来提高流量的测量精度，同时抑制成本增加。

此外，本发明的第五方面是提供一种超声波流量计，其能够通过脉冲多普勒方法和传输时间方法来同时并行地测量流量。本流量计包括：至少一对电/超声波传感器，用于通过传输时间方法来测量流量；硬件单元(例如，包括发射&接收时间控制单元和脉冲发生器)，用于向至少一对电/超声波传感器提供通过脉冲多普勒方法来测量流量，和用于通过传输时间方法来测量流量所需的脉冲信号；检测电路，用于由从包括一对电/超声波传感器的任意传感器获得的接收信号，检测多普勒频移；转换电路，用于放大和模/数转换通过从上游到下游的超声波脉冲传输获得的第一接收信号，以及通过从下游到上游的超声波脉冲传输获得的第二接收信号，均通过一对电/超声波传感器获得所述第一和第二接收信号；以及控制单元，用于由脉冲多普勒方法检测的多普勒频移来计算流量，以及通过传输时间方法由转换电路的输出来计算流量。

后述的第四实施例被配置成进一步包括第二电/超声波传感器，仅用于通过脉冲多普勒方法来测量流量，其中，硬件单元向一对电/超声波传感器和第二电/超声波传感器提供发射脉冲信号，以及检测电路由从第二电/超声波传感器获得的接收信号，来检测多普勒频移。

后述的第五实施例被配置成所述至少一对电/超声波传感器仅为一对，以及超声波流量计进一步包括开关单元，被插入在用于多普勒方法的硬件单元的脉冲信号输出和转换单元的输入以及仅一对电/超声波传感器的一个传感器之间，用于仅在脉冲多普勒方法的测量周期连接电路，其中，检测电路由为从一个传感器输出的超声波脉冲的回波的接收信号，来检测多普勒频移。

可以配置成控制单元和硬件单元根据外部命令或信号，协作改变流量测量模式，即脉冲多普勒方法、传输时间方法和同时使用这两种方法。

此外，本发明的第五方面是提供一种超声波流量计，其能够通过在脉冲多普勒方法和传输时间方法之间进行切换来执行流量测量。本超声波流量计包括：通过传输时间方法来测量流量所需的至少一对电/超声波传感器；包括单个输出端的脉冲生成单元，用于从所述端向一对电/超声波传感器提供通过传输时间方法来测量流量所需的脉冲信号，以及生成并向一对电/超声波传感器之一输出通过脉冲多普勒方法来测量流量所需的脉冲信号；检测电路，用于通过使用包括一对电/超声波传感器的一个任意传感器，来检测通过脉冲多普勒方法来计算流量所需的多普勒频移；转换单元(即发射&接收定时控制单元)，用于通过本实施例中的上述资源，放大和模/数转换通过从上游到下游的超声波脉冲传输获得的第一接收信号和从下游到上游的超声波脉冲传输获得的第二接收信号；以及控制单元，用于由检测的多普勒频移，通过脉冲多普勒方法来计算流量，以及由模/数转换的结果，通过传输时间方法来计算流量。

在后述的第六实施例中，检测电路被配置成包括处于其前级的放大器和在后级分别处理数据的实部和数据的虚部的一对模/数转换器，转换单元包括一对单极双掷开关单元，正好插在一对模/数转换器之前，用于仅在脉冲多普勒方法的测量周期连接电路，同时将放大器的输出连接到一对模/数传感器的一个输入，以及进一步包括第二开关单元，其共用端被连接到脉冲生成单元的输出端和检测电路的输入端，以及其一对触点被连接到一对电/超声波传感器，其中，转换单元控制第一对开关单元和第二单极双掷开关单元之间的切换，以便在脉冲多普勒方法的测量周期内，将放大器的输出连接到传感器之一，以及根据其测量算法，在传输时间方法的测量周期内，转换到第二开关单元。

在后述的第七实施例中，配置为至少一对电/超声波传感器是多对传感器，第二开关单元是单极开关，包括逐一连接到多对传感器的多个触点的两倍，以及转换单元将脉冲多普勒方法的测量周期和传输时间方法的测量周期分配给多对传感器中的每一对，对于每一对转换第二开关单元，使得在脉冲多普勒方法的测量周期内，放大器的输入被连接到可应用的传感器对之一，而根据其测量算法，在传输时间方法的测量周期内，放大器被连接到可应用的传感器对。

配置可以是控制单元和转换单元根据外部命令或信号，协作改变流量测量模式，即脉冲多普勒方法、传输时间方法和同时使用这两种方法。

附图说明

图1A是描述通过使用超声波的脉冲多普勒方法来进行流量测量的原理的概念图；

图1B是描述通过使用超声波的脉冲多普勒方法来进行流量测量的原理的概念图；

图1C是描述通过使用超声波的脉冲多普勒方法来进行流量测量的原理的概念图；

图2A是描述通过使用超声波的传输时间方法来进行流量测量的原理的概念图；

图2B是描述通过使用超声波的传输时间方法来进行流量测量的原理的概念图；

图2C是描述通过使用超声波的传输时间方法来进行流量测量的原理的概念图；

图3是举例说明包括根据本发明实施例的超声波流量计的概念图；

图4是举例说明包括根据本发明另一实施例的超声波流量计的概念图；

图5是举例说明图4所示的超声波流量计的操作的概念图；

图6是举例说明包括根据本发明另一实施例的超声波流量计的框图；

图7是举例说明图6所示的超声波流量计的操作的概念图；

图8是例如图6所示的超声波流量计的操作的概念图；

图9是示出包括根据本发明第四实施例的超声波流量计的总体框图；

图10是举例说明由传输脉冲发生器122、传感器111u和111d以及接收信号处理单元140执行的传输时间方法的流量测量操作的流程图；

图11是表示包括根据本发明第五实施例的超声波流量计的总体框图；

图12表示根据本发明的第五实施例，在通过两个方法执行的测量操作的过程中，开关的状态和信号定时；

图13是表示包括根据本发明第六实施例的超声波流量计的总体框图；

图14描述在根据本发明第六实施例的超声波流量计的操作中，开关SW1、SW3和SW4的状态；

图15A是表示包括根据本发明第七实施例的超声波流量计的总体框图；

图15B是举例说明用于根据本发明第七实施例的超声波流量计的传感器位置的总体截面图；

图15C是举例说明用于根据本发明第七实施例的超声波流量计的传感器位置的总体截面图；以及

图16描述在根据本发明第七实施例的传感器对之一(例如T＝111、112或113)上操作的超声波流量计104的操作中，开关SW1a、SW3和SW4的状态。

具体实施方式

下文是参考附图的同时，本发明优选实施例的详细描述。注意对各个图和实施例共同的这些部件由相同的部件标记来表示，以及在下文的描述中，将省略重复说明。

[第一实施例]

图3是举例说明根据本发明实施例，包括用于执行超声波流量测量方法的超声波流量计的概念图。

安装在作为测量对象的流体51在其中流动的管道50上的根据本实施例的超声波流量计包括多个检测器41、42和43(即传感器单元)，其包括压电元件等，每个检测器充当超声波发射机&接收机。即，检测器41、42和43的每一个包括压电元件40a，用于执行声信号，诸如超声波振荡和电信号之间的相互转换，以及楔体40b，位于楔体40b和管道50外壁面之间，用于将压电元件40a所生成的超声波振荡以预定入射角发送到管道50中，以便将管道50侧的超声波振荡发送到压电元件40a，例如图7所示。

检测器对41和42位于管道50的轴的相对侧上，并处于流体51的流动方向的上游和下游位移的位置，以及相互位置处于从彼此发射的超声波的传播路径上。为了方便，这种检测器的安装方法统称为“Z方法”。

安装检测器43，使得当从检测器43的安装位置看时，通过管道50中心轴的其超声波发射路径处于斜向下游的方向。

检测器对41和42被连接到可应用的检测器转换开关15，并通过检测器转换开关15连接到接收信号放大控制单元11、A/D转换器12、传播时间计算单元13、流量计算单元14、以及包括发射脉冲生成单元31和发射&接收时间控制单元32的传播时间方法单元10(即第一流量测量单元)。

传输时间方法单元10：(1)通过检测器转换开关15，将发射脉冲功率施加到一个检测器41来生成超声波振荡，所述发射脉冲功率与从发射&接收时间控制单元32输出的发射启动信号32a同步地从发射脉冲生成单元31输出；后面紧跟着(2)将检测器转换开关15转换到检测器42侧，接收到达那里的超声波，将其转换成电信号，输入到接收信号放大控制单元11中进行放大，还跟随有A/D转换器12，与从发射&接收时间控制单元32输出的A/D采样时钟32b同步地将接收的信号转换成数字，并将其输入到传播时间计算单元13。通过可应用检测器转换开关15在检测器41和42的发射和接收侧之间进行转换的转换操作，交替地执行上述操作(1)和(2)。

传播时间计算单元13根据图2A至2C所示的测量原理，基于通过管道50在检测器41和42之间传播的超声波的传输延迟时间，来检测流体51的流速，以及流量计算单元14执行由流速计算流量的操作，并通过测量值输出转换开关34输出它。

检测器43连接到接收信号放大控制单元21、A/D转换器22、流速分布计算单元23、积分计算单元24和脉冲多普勒方法单元20(即第二流量测量单元)，脉冲多普勒方法单元20包括与传输时间方法单元10共用的发射脉冲生成单元31和发射&接收时间控制单元32。

脉冲多普勒方法单元20通过将发射脉冲功率施加到检测器43来将超声波发射到管道50中，所述发射脉冲功率与从发射&接收时间控制单元32输出的发射启动信号32a同步地从发射脉冲生成单元31输出，放大由流体51内的气泡等等反射并由接收信号放大控制单元21接收的回波，并通过与从发射&接收时间控制单元32输出的A/D采样时钟32c同步地由A/D转换器22将其转换成数字信号，输入到流速分布计算单元23中，同时，流速分布计算单元23根据由图1A至1C举例说明的原理，执行计算管道50内的流速分布的操作，由积分计算单元24将其转换成流量，并将其输出到测量值输出转换开关34。

在传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的输出端装配测量值输出转换开关34，通过该开关，有选择地输出传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的输出。

控制如测量值输出转换开关34一样，共用地装配到传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的发射脉冲生成单元31和发射&接收时间控制单元32，以便通过从测量方法转换控制单元33输出的输出选择信号33a和测量方法选择信号33b，确定将执行哪一个操作，即，对于上述传输时间方法单元10或脉冲多普勒方法单元20。

将分别从传输时间方法单元10所包括的传播时间计算单元13和脉冲多普勒方法单元20所包括的流速分布计算单元23输出的测量状态数据13a和测量状态数据23a输入到测量方法转换控制单元33，然后，该控制单元基于上述数据，来判断是否操作传输时间方法单元10、脉冲多普勒方法单元20或两者。

如上所述，本实施例配置成通过控制传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的测量方法转换控制单元33和测量值输出转换开关34，在传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20之间进行转换，同时基于诸如测量状态数据13a和测量状态数据23a的信息，来判断传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的操作条件，来测量管道50内流体51的流量。因此，通过采用传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的各自的优点，可以在无限大测量范围上和高精度上测量流量。

例如，如果在通过脉冲多普勒方法单元20进行测量期间，通过测量状态数据23a发现超出测量范围，或流体51内无气泡或杂质已经妨碍了测量，则启动传输时间方法单元10，同时，将测量值输出转换开关34的输出转换到传输时间方法单元10，从而允许继续测量。

如上所述，测量方法转换控制单元33基于测量状态数据13a和测量状态数据23a，由每一测量结果来确定管道50内的流体51的状态，并通过输出选择信号33a来控制测量值输出转换开关34，以及通过测量方法选择信号33b来控制发射脉冲生成单元31和发射&接收时间控制单元32，转换到传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20的并行操作中的适当方法，仅前一方法或仅后一方法，由此使得实现用于宽测量范围的高精度测量，而不影响流体的状态。

[第二实施例]

图4是举例说明根据本发明另一实施例的超声波流量计的概念图。图4所示的纲要举例说明将检测器转换开关35放置在脉冲多普勒方法单元20所包括的接收信号放大控制单元21的前级，以及与在图3所述的纲要中的脉冲多普勒方法单元20共用一对检测器41(即第一传感器单元)和检测器42(第二传感器单元)的情况。

即，图4所示的示例性纲要由于通过检测器转换开关35，将检测器对连接到脉冲多普勒方法单元20，而共用传输时间方法单元10所使用的检测器41和42对的一个或两个的结果，消除了专用于脉冲多普勒方法单元20的检测器43，可以使检测器的数量从图3所示的三个减少到二个。

在传输时间方法单元10中安装用于传输时间方法的检测器有两种方法，即上述“Z方法”和稍后所述的“V方法”。

在“Z方法”中，在管道50中心轴的相对侧安装一对检测器41和42并朝向上游和下游位移，每个位于从检测器41和42的另一个发出的超声波的路径上，如图4所例示。

在通过“Z方法”安装的情况下，通过检测器转换开关35的转换操作来共用一对检测器41和42，以及通过如图5所示，结合由检测器41和42的每一个测量的流速分布中从管道中心到相对侧(即适用检测器的远侧)管壁的部分，来获得管道的整个直径上的流速分布，由此即使对于不对称流，也允许高精度的流量测量。

即，对于根据图4所示的示例性纲要的脉冲多普勒方法单元20，流速分布计算部包括：流速分布计算单元23-1，用于计算通过将检测器转换开关35连接到检测器41侧而检测的流速分布(即图5的左半部分)；流速分布计算单元23-2，用于计算通过将检测器转换开关35连接到检测器42侧而检测的流速分布(即图5的右半部分)；以及输入转换开关23-3，用于通过与检测器转换开关35的转换操作相连接，由来自发射&接收时间控制单元32的选择信号32d，在流速分布计算单元23-1和流速分布计算单元23-2之间进行转换。

该配置通过使流速分布计算单元23-1在将脉冲多普勒方法单元20连接到适用检测器41的状态下操作，来测量检测器41远侧的一半横截面的流速分布51a，同时在将脉冲多普勒方法单元20连接到适用检测器42的情况下，来测量检测器42远侧的一半横截面的流速分布51b，以及在后级的积分计算单元24通过基于作为将流速分布计算单元23-1(即检测器41)和流速分布计算单元23-2(即检测器42)的各流速分布相加的结果的整个横截面的流速分布51c，来计算流量，输出流量测量值，如图5所示。

如上所述，图4和5所示的本实施例通过检测器转换开关35，使得采用脉冲多普勒方法的脉冲多普勒方法单元20共用传输时间方法单元10的传输时间方法所需的检测器对41和42，从而通过相加检测器41和42的测量数据，来补偿在使用单个检测器的情况下，脉冲多普勒方法所遇到的靠近检测器的流速分布测量精度降低的技术问题，由此实现提高测量精度。

也可以通过在使用上述脉冲多普勒方法单元20的检测器41(或检测器42)来进行流量测量期间，将不连接到脉冲多普勒方法单元20的检测器42(或检测器41)连接到传输时间方法单元10，而使传输时间方法单元10与脉冲多普勒方法单元20的测量处理并行地测量流量分布。

[第三实施例]

图6是例示根据本发明的另一实施例的超声波流量计的纲要的框图，以及图7和8是描述其示例性操作的概念图。

图6所示的实施例被构造成使得检测器41位于管道50同一侧轴向的下游，以及使检测器42位于上游，以便在通过传输时间方法单元10进行测量时，根据由管道50中心轴的另一侧的壁反射的结果，从检测器41和42发射的超声波的传播路径形成V形。这种检测器布局方法被统称为“V方法”。

在图6所示的实施例中，传输时间方法单元10使检测器41发出超声波以及在由另一侧的壁表面反射超声波后，通过检测在另一检测器42上入射的声信号，来测量管道50中流体51的流速分布。

同时，脉冲多普勒方法单元20如稍后所述，通过检测器转换开关35，通过使用检测器41和42来执行流速分布的测量操作。

即，在脉冲多普勒方法中通过使用一个检测器来测量流速的情况下，假定流速V_f与管道50的轴平行(在流动方向上)并因此多普勒频移为f_d∞V_f*sinθ_f来获得流速，其中，超声波相对于流体51的入射角为θ_f，如图7所示。

因为此，如果流体51的流动方向(具有流速V_fx)不与管道50的轴向平行而在管道50的直径方向上具有误差分量V_fh，则用表达式(8)来表示一个检测器41的速度分布α，导致测量的流速值包括误差分量，即V_fh＊cosθ_f，如图8所示。

[表达式8]

α＝V_fx·sinθ_f+V_fh·cosθ_f    …(8)

β＝-V_fx·sinθ_f+V_fh·cosθ_f   …(9)

因此，如果如图6所示，通过“V方法”来安装检测器41和42，则传输时间方法单元10和脉冲多普勒方法单元20共用一对检测器41和42，以便通过取由各个检测器测量的流速分布的差值来抵消直径方向上的分量V_fh，从而使得可以计算轴向的速度分布和高精度地测量流量。

即，分别由脉冲多普勒方法单元20包括的流速分布计算单元23-1和流速分布计算单元23-2来计算一个检测器41的表达式(8)的流速分布α和另一检测器42的表达式(9)的流速分布β，如图8所示，以及平均两个流速分布的差值，即(α-β)/2，使其成为流速分布，由此如果在管道50内的流体51中存在不对称流或径向分量，允许精确的流速分布和基于此的流量测量。

如上所述，根据本发明的该实施例允许通过并行使用脉冲多普勒方法的脉冲多普勒方法单元20和传输时间方法的传输时间方法单元10，或通过根据管道50中流动的流体51的状态进行转换，来允许流量测量，因此，使得可以提高测量精度和可测量范围。同时，在这种情况下，在两种方法之间共用检测器41和42降低了所需检测器的数量，由此实现了超声波流量计的生产成本降低以及简化检测器的安装。

同时，需要至少一个检测器的脉冲多普勒方法单元20共用需要至少一对检测器的传输时间方法单元10的相关检测器，以及脉冲多普勒方法单元20结合由每个检测器测量的多个流速测量结果使得可以对于具有不对称流或具有径向分量的流体流，提高脉冲多普勒方法的流量测量的精度，同时抑制成本增加。

尽管上述描述的每一实施例已经考虑了使用传输时间方法和脉冲多普勒方法的情形，每一实施例可以通过使用超声波，广泛地应用于测量流速和流量的超声波流量测量技术。

[第四实施例]

图9是表示根据本发明第四实施例的超声波流量计的纲要的概述框图。参考图9，根据本发明的超声波流量计101通过包括用于脉冲多普勒方法的测量系统(110加130)和用于传输时间方法的测量系统(111加140)，能够同时并行地通过脉冲多普勒方法和传输时间方法来执行流量测量。

即，超声波流量计101包括：电/超声波传感器(在下文中简称为“传感器”)110，用于通过被安装到在其中流动作为测量对象的流体的管道的外壁上来发送和接收超声波，以便通过脉冲多普勒方法来测量流量；一对传感器111u和111d(在下文中，作为一组被简称为“111”)，被安装到管道的管壁上上游和下游侧的相应位置，以便通过传输时间方法来测量流量；发射&接收定时控制单元120，用于控制提供给上述传感器110和111的发射脉冲的定时和处理来自传感器的接收信号的定时；发射脉冲生成器122，用于根据来自发射&接收定时控制单元120的发射启动信号，生成用于传感器110和112的发射脉冲；多普勒频移检测单元130，用于从脉冲多普勒方法使用传感器110的接收信号，来检测多普勒频移；接收信号处理单元140，用于处理从传输时间方法测量使用传感器111接收的信号；开关SW，用于开关与通过传输时间方法进行测量有关的发射&接收信号；以及计算控制单元150，用于由从接收信号处理单元140切换的数据来计算流量，以及由从多普勒频移检测单元130获得的实数据和虚数据来计算流量。计算控制单元150由包括CPU(中央处理单元，在此未示出)的微机组成，并通常在由ROM(只读存储器装置)存储的程序的控制下进行操作，从而控制整个超声波流量计101。尽管发射&接收时间控制单元120能由各个部件构成，它易于通过使用PAL(可编程逻辑阵列)等等来实现。

多普勒频移检测单元130包括：放大器131，用于放大来自传感器110的信号；正交波检测器132，其输入连接到放大器131的输出；一对滤波器133R和133I，分别连接到实部数据输出和虚部数据输出；以及一对模/数(A/D)转换器134R和134I，分别连接到滤波器133R和133I。同时，接收信号处理单元140包括与放大器131相同的放大器131P、以及A/D转换器134P。

简单地描述一下根据本发明实施例的超声波流量计101的操作。首先，计算控制单元150将流量测量启动指令MS发送到发射&接收定时控制单元120。响应于此，发射&接收定时控制单元120向发射脉冲生成器122提供发送脉冲多普勒方法测量使用的发射脉冲TD和传输时间方法测量使用的第一发射脉冲(即，用于提供给例如上游传感器111u的发射脉冲)TP1的指令，以及发射脉冲生成器122立即发送和输出发射脉冲TD和TP1。这同时启动通过脉冲多普勒方法和传输时间方法进行流量测量。

可以通过任何流量计算方法，包括传统方法和可能在未来制定的流量计算方法，来执行由多普勒频移检测单元130和计算控制单元150执行的脉冲多普勒方法的流量计算处理。同样地，可以通过任何流量计算方法，包括传统方法和可能在未来制定的流量计算方法，来执行由接收信号处理单元140和计算控制单元150执行的传输时间方法的流量计算处理。

首先，在通过脉冲多普勒方法进行的流量测量中，当将发射脉冲TD施加到传感器110时，将超声波信号从传感器110发射到管道中，由传感器110将超声波信号的回波转换成电信号，以及由此接收电信号作为接收信号RD。将接收信号RD输入到多普勒频移检测单元130以检测多普勒频移。计算控制单元150基于从多普勒频移检测单元130接收的数据，来计算流速分布和流量。

图10是举例说明由发射脉冲发生器122、传感器111u和111d以及接收信号处理单元140执行的传输时间方法的流量测量操作的流程图。在图10中，开关SW的公用端连接到触点“a”(步骤202)以便使发射脉冲发生器122发射第一发射脉冲TP1(步骤204)。这使得上游侧传感器111u朝下游侧传感器111d输出超声波脉冲(步骤206)。下一步骤是，将开关SW的公用端连接到触点b(步骤208)，并使接收信号处理单元140以预定间隔采样和A/D转换来自传感器111d的接收信号RP1，以便将结果提交给计算控制单元150(步骤210)。在完成A/D转换后(步骤212)，使发射脉冲发生器122发射使下游传感器111d朝上游传感器111u输出超声波脉冲(步骤216)的第二发射信号TP2(步骤214)。下一步骤是，将开关SW的公用端连接到触点“a”(步骤218)以便使接收信号处理单元140以预定间隔采样和A/D转换来自传感器111u的接收信号RP2，将结果提交给计算控制单元150(步骤220)。在完成A/D转换后(步骤222)，判断是否已经执行上述处理预定次数，以及重复该处理直到达到预定次数为止(步骤224)。计算控制单元150基于从接收信号处理单元140接收的数据，来计算流速和流量。

如上所述，图9所示的超声波流量计101至少装备脉冲多普勒方法(110加130)和传输时间方法(111加140)的测量系统，以便能通过脉冲多普勒方法和传输时间方法同时并行地执行流量测量。

[第五实施例]

图11是表示根据本发明第五实施例的超声波流量计的纲要的总体框图。参考图11，根据本实施例的超声波流量计102与图9所示的超声波流量计101相同，除了增加开关SW1、用开关SW2来代替开关SW、以及用发射&接收时间控制单元120a来代替发射&接收时间控制单元120、全部代替被消除的脉冲多普勒方法测量使用的传感器110。因此，描述仅针对不同部分。开始，代替开关SW的开关SW2的触点a和b另外分别连接到开关SW1的触点a和b。开关SW1的公用端连接到发射脉冲发生器122的发射信号TD的输出端和多普勒频移检测单元130的输入端。开关SW1和SW2的“a”触点连接到上游侧传感器111u，以及开关SW1和SW2的b触点连接到下游侧传感器111d。

根据本实施例的超声波流量计102装备有多普勒频移检测单元130和接收信号处理单元140，因此需要通过开关SW1进行信号转换，以便使用传感器对111u和111d用于传输时间方法的测量，以及还允许通过脉冲多普勒方法进行流量测量。

下面的描述是根据本发明第五实施例的超声波流量计102的操作。首先，计算控制单元150将流量测量开始指令MS发送到发射&接收定时控制单元120a。响应于此，发射&接收定时控制单元120a向发射脉冲发生器122提供用于发送在脉冲多普勒方法和传输时间方法之间共用的发射信号TD(以及TP1)的指令，以便发射脉冲发生器122迅速地发射和输出发射脉冲TD(以及TP1)。这同时启动脉冲多普勒方法和传输时间方法的流量测量。

图12表示根据本发明的第五实施例，在由脉冲多普勒方法和传输时间同时并行地执行的测量操作过程中，开关的状态以及各种信号定时。参考图12，发射&接收定时控制单元120a将开关SW1的公用端连接到触点“a”作为初始设置(在下文中，简称为“使开关SW1转换到‘a’”)，以及还使开关SW2转换到“b”。如上所述，当发射脉冲生成器122输出发射信号TD(以及TP1)时，然后其从开关SW1的触点“a”提供给上游传感器111u。反射从传感器111u输出的超声波脉冲的一部分以便返回，而其他部分由下游传感器111d检测。

通过用在传输时间方法的流量测量中的触点SW2b，将由下游传感器111d检测和转换的接收信号RP1从开关SW2提供给接收信号处理单元140的输入端。

同时，返回到传感器111u的超声波脉冲被转换成电信号以便变为接收信号RD，然后，通过用在脉冲多普勒方法的流量计算中的开关SW1的触点“a”，从开关SW1提供给多普勒频移检测单元130的输入端。

然后，发射&接收定时控制单元120a将开关SW1切换到“b”，以及开关SW2切换到“a”，然后，使发射脉冲发生器122生成脉冲多普勒方法测量所使用发射信号TD(还具有作为用在传输时间方法的流量测量中的第二发射信号TP2的作用)。发射信号TD(以及TP2)通过开关SW1的触点b被提供给下游传感器111d。发射信号TD从传感器111d输出作为超声波脉冲，然后由上游传感器111u转换为电信号以便变为接收信号RP2。接收信号RP2通过开关SW2的触点“a”从开关SW2提供给接收信号处理单元140的输入端，以及与上述接收信号RP1一起，用于传输时间方法的流量计算。通过流体内的气泡等等散射从传感器111d输出的超声波脉冲，以及散射超声波的一部分作为回波返回到传感器111d，然后，通过开关SW1的触点“b”提供给多普勒频移检测单元130，作为发射脉冲TD的回波信号。

重复上述测量周期预定次数，同时并行地执行脉冲多普勒方法和传输时间方法的流量测量。

注意尽管上面的描述中，脉冲多普勒方法的测量在一个测量周期中重复二次，然而，仅一次测量可能足以。

同时，上述同时并行两种方法的操作不使用传输时间方法使用的发射脉冲发生器122的脉冲输出。因此，传输脉冲发生器122可以仅具有生成一种脉冲，同时并行地执行两种方法的功能。然后，通过假定使用不同的特定传输脉冲在它们之间进行切换来执行两种方法的情形，图11所示的超声波流量计在传输脉冲发生器122中，具有用于脉冲多普勒方法的输出端和用于传输时间方法的输出端。

[第六实施例]

图13是表示根据本发明第六实施例的超声波流量计的纲要的总体框图。参考图13，根据本实施例的超声波流量计103与图11所示的超声波流量计102相同，除了除去开关SW2和接收信号处理单元140、由120b来代替发射&接收定时控制单元120a、由122a来代替发射脉冲发生器122、以及由130a来代替多普勒频移检测单元130。因此，多普勒频移检测单元130a与多普勒频移检测单元130相同，除了在滤波器133R和A/D转换器134R之间插入开关SW3，以及在滤波器133I和A/D转换器134I之间插入开关SW4。

即，本实施例使用由多普勒频移检测单元组成的放大器和A/D转换器，用于脉冲多普勒方法和传输时间方法。因此，通过交替地使用两种方法或通过来自上级系统，诸如微机的指令来选择任一种方法，来进行流量测量，但不能同时并行地执行两种方法的测量信号处理。

注意本实施例交替地通过脉冲多普勒方法和传输时间方法来执行流量测量，因此，传输脉冲发生器122a仅具有一个发射信号输出端，并生成和输出发射信号Tm(其中m等于D、P1或P2)。

图14描述在根据本发明的本实施例的超声波流量计103的操作中，开关SW1、SW3和SW4的状态。首先，在通过脉冲多普勒方法进行测量的情况下，所有开关SW1、SW3和SW4均转换到“a”，同样地，由传感器111u、开关SW1和多普勒频移检测单元130a组成的电路变为与由传感器110和多普勒频移检测单元130组成的电路相同，从而允许脉冲多普勒方法的测量。随便提一下，将开关SW3和SW4转换到“a”并将开关SW1转换到“b”允许通过使用下游传感器111d，通过脉冲多普勒方法来进行测量，对本发明的企业实体来说是显而易见的。

另一方面，通过传输时间方法的测量情形仅需要将开关SW3和SW4均转换到触点“b”。这使得由开关SW1、放大器131、开关SW4和A/D转换器134I组成的电路变为与图9所示由开关SW1、放大器131P和A/D转换器134P组成的电路相同很清楚，从而允许传输时间方法的测量。在传输时间方法的测量中，对开关SW1执行与图10所示的开关SW相同的转换控制。注意，尽管开关SW3的功能性不必要，但本实施例显示了开关SW3，因为期望使得正交波检测和AD转换之间的正弦和余弦分量的信号路径相等。

[第七实施例]

图15A是表示根据本发明第七实施例的超声波流量计的纲要的总体框图。参考图15A，根据本实施例的超声波流量计104与图13所示的超声波流量计103相同，除了用120c来代替发射&接收定时控制单元120b、以及用六触点单极开关SW1a来代替开关SW1、以及增加了传感器对112和113。由此，在此的描述仅针对区别。如图15B和15C所示，传感器对111、112和113以适当的相同间隔放在管道的外周上。单极六掷开关SW1a具有一个公用端和分别连接到上游和下游传感器111u、111d、112u、112d、113u和113d的六个触点。因此，将开关SW1a视为部分开关SW1-11、SW1-12和SW1-13的集成形式。例如，连接到上游传感器的部分开关SW1-11的触点被表示为SW1-11u，而连接到下游传感器的触点被表示为SW1-11d。为了简化描述，任意传感器(即111、112或113)由T来表示，并被表示为例如“连接到上游传感器Tu的一个是部分开关SW1-T的触点SW1-Ta”。

根据本实施例的超声波流量计104对于传感器对111、112和113的每一个通过脉冲多普勒方法和传输时间方法进行测量。

图16描述了根据本实施例，在使用传感器对T(例如T＝111，112或113)之一进行操作的超声波流量计104的操作中，开关SW1a、SW3和SW4的状态。在通过脉冲多普勒方法进行测量的情况下，两个开关SW3和SW4均转换到“a”，以及开关SW1-T转换到SW1-Tu。通过这样做，包括上游传感器Tu、开关SW1a和多普勒频移检测单元130a的电路变为与图9所示包括传感器110和多普勒频移检测单元130的电路相同，从而允许通过脉冲多普勒方法进行测量。当然，对本发明的企业实体来说，通过将开关SW1-T转换到SW1-Td而使用下游传感器，允许通过脉冲多普勒方法进行测量是显而易见的。

通过传输时间方法进行测量仅需要将开关SW3和SW4转换到“b”。通过这样做，包括开关SW1-T、放大器131、开关SW4和A/D转换器134I的电路变为与图9所示包括传感器110和多普勒频移检测单元130的电路相同，说明允许通过传输时间方法进行测量。在通过传输时间方法进行测量期间，对于开关SW1-T，执行与图10所示的开关SW相同的转换控制(其中，u和d用于识别分别对应于a和b的触点)。

尽管本实施例描述了使用三对传感器的例子，然而，通过使传感器的数量与开关SW1a的触点的数量相同，可以通过两对、四对或更多对来实现类似的结果。

上述说明仅是用于描述本发明的示例性实施例。因此，对本发明的企业实体来说，很容易改变、修改或添加到根据本发明技术概念或原理的上述实施例。

例如，尽管第二实施例被配置成通过使用传感器111u，通过脉冲多普勒方法来测量每一测量周期的第一发射脉冲的回波信号，也可以通过使用传感器111d，通过脉冲多普勒方法来测量第二发射脉冲的回波信号。

同时，第三和第四实施例已经表示在脉冲多普勒方法和传输时间方法之间进行转换的例子，然而，转换方法能想到可以是不同的。例如，该配置可以是设置计算控制单元150a用于从外部(例如用户或上级系统)接收方法转换命令或信号。响应于方法转换命令或信号，计算控制单元150可以使发射&接收定时控制单元120b转换方法。

尽管第四和第五实施例描述了同时并行地执行脉冲多普勒方法和传输时间方法的例子，但该配置也可以是设置计算控制单元150用于从外部接收方法转换命令或信号(例如用户或上级系统)，以及接收信号的计算控制单元150a使发射&接收定时控制单元根据方法转换命令或信号，在脉冲多普勒方法、传输时间方法以及两种方法之间转换流量测量模式。

工业应用

本发明使得在宽范围上，以及通过高精度来测量流体的流量，而不受流体的状态，诸如流速和气泡量的影响。

本发明使得可以实现对超声波流量计来说，降低生产成本和简化检测器的安装，能提高测量精度和可测量范围，而不受流体的状态，诸如流速和气泡量的影响。

本发明使得在使用单个检测器的情况下，通过消除脉冲多普勒方法固有的技术问题，来实现流量测量精度的提高，同时抑制成本增加。

另外，本发明包括通过脉冲多普勒方法和传输时间方法进行流量测量所需的资源，由此允许通过两种方法的流量测量，以及高精确和流速的宽范围上的流量测量。

Claims (16)

1.一种超声波流量计，包括：

第一流量测量单元，用于通过使用传输时间方法来检测管道中流体的流量；

第二流量测量单元，用于通过使用脉冲多普勒方法来检测管道中流体的流量；

多个第一和第二传感器单元，安装在作为测量对象的流体在其中流过的管道上，每个执行声信号和电信号之间的相互转换；以及

传感器转换单元，用于使第一和第二流量测量单元共用所述传感器单元。

2.如权利要求1所述的超声波流量计，其中，

多个所述第一和第二传感器单元被安装在管道上，其中所述第一和第二传感器单元在跨越管道轴的相对侧并处于在所述流体的流向上相互位移的位置；

所述第一流量测量单元通过测量从第一传感器单元发送并由第二传感器单元接收的声信号的传播时间和从第二传感器发送并由第一传感器接收的声信号的传播时间之间的时间差，来测量流体的流量；以及

所述第二流量测量单元通过组合使用第一和第二传感器的每一个测量的流速分布中，从上述各个传感器来看从中心到远侧管壁的流速分布的测量值，来获得管道的整个直径的流速分布。

3.如权利要求1所述的超声波流量计，其中，

所述多个第一和第二传感器单元位于所述管道的同一侧，沿所述流体的流向相互分离，

所述第一流量测量单元通过测量从第一传感器单元发送并在被管壁反射后由第二传感器单元接收的声信号的传播时间和从第二传感器单元发送并在被管壁反射后由第一传感器单元接收的声信号的传播时间之间的时间差，来测量流体的流量，以及

所述第二流量测量单元基于由第一和第二传感器单元的每一个测量的至管壁的速度分布差，来计算管道的轴向上的流速分布。

4.如权利要求1所述的超声波流量计，其中，

所述第一流量测量单元包括：

一对传感器单元，安装到所述管道上，用于执行声信号和电信号之间的相互转换；

发射脉冲生成单元，用于将发射脉冲施加到传感器单元上用于超声波发射；

接收信号放大器控制单元，用于输入在传感器单元接收的超声波接收信号；

模/数(A/D)转换单元，用于将接收信号转换成数字信号；

传播时间运算单元，用于由通过交替地切换一对传感器单元的发射端和接收端测量的传播时间，来运算传播时间差；

流量计算单元，用于基于传播时间差来计算流量；以及

发射&接收定时控制单元，被安装与所述第二流量测量单元共用，用于控制发射脉冲生成单元和A/D转换单元。

5.如权利要求1所述的超声波流量计，其中，

所述第二流量测量单元包括：

传感器单元，安装到所述管道上，用于执行声信号和电信号之间的相互转换；

发射脉冲生成单元，用于将发射脉冲施加到传感器单元用于超声波发射；

接收信号放大控制单元，用于输入在传感器单元接收的声信号；

模/数(A/D)转换单元，用于将接收信号转换成数字信号；

流速分布运算单元，用于基于在传感器单元和流体之间发送和接收的超声波的多普勒频移，来测量管道的横截面内所述流体的流速分布；

积分运算单元，用于通过积分所述流速分布来确定流量；以及

发射&接收定时控制单元，被安装与所述第一流量测量单元共用，用于控制发射脉冲生成单元和A/D转换单元。

6.一种用于通过使用超声波来测量管道内流体的流量的超声波流量测量方法，

通过使用相互不同的测量原理的多个流量测量单元来测量流量，共用每个安装在管道上用于执行声信号和电信号之间的相互转换的多个第一和第二传感器单元，以及对于每个流量测量单元，转换传感器单元的连接。

7.如权利要求6所述的超声波流量测量方法，包括：

多个所述流量测量单元，包括用于通过使用传输时间方法来检测所述管道内流体的流量的第一流量测量单元，和用于通过使用脉冲多普勒方法来检测管道内流体的流量的第二流量测量单元；以及下述步骤：

将所述第一和第二传感器单元安装在跨越管道轴的相对侧并处于在流体的流向上相互位移的位置，

第一流量测量单元通过测量由第一传感器单元发送并由第二传感器单元接收的声信号的传播时间和由第二传感器单元发送并由第一传感器单元接收的声信号的传播时间的时间差，来测量流体的流量，以及

第二流量测量单元通过组合分别由上述传感器单元测量的、分别从第一和第二传感器单元来看从管道中心到相对侧管壁的流速分布的测量值，来计算管道的整个直径的流速分布。

8.如权利要求6所述的超声波流量测量方法，包括：

多个所述流量测量单元，包括用于通过使用传输时间方法来检测所述管道内流体的流量的第一流量测量单元，和用于通过使用脉冲多普勒方法来检测管道内流体的流量的第二流量测量单元，以及下述步骤：

使所述第一和第二传感器单元位于管道的同一侧，并处于在流体的流向上相互分离的位置，

第一流量测量单元通过测量由第一传感器单元发送、由管壁反射并由第二传感器单元接收的声信号的传播时间和由第二传感器单元发送、由管壁反射并由第一传感器单元接收的声信号的传播时间的时间差，来测量流体的流量，以及

所述第二流量测量单元基于由第一和第二传感器单元的每一个测量的至管壁的速度分布的差值，来计算管道的轴向上的流速分布。

9.一种超声波流量计，能够同时并行地通过脉冲多普勒方法和传输时间方法来测量流量，包括：

通过传输时间方法来测量流量所需的至少一对电/超声波传感器；

硬件单元，用于向所述至少一对电/超声波传感器提供通过脉冲多普勒方法来测量流量以及通过传输时间方法来测量流量所需的脉冲信号；

检测电路，用于由从包括所述一对电/超声波传感器的任意传感器获得的接收信号，来检测多普勒频移；

转换电路，用于放大和模/数转换通过从上游到下游的超声波脉冲传输而获得的第一接收信号，以及通过从下游到上游的超声波脉冲传输而获得的第二接收信号，第一和第二接收信号均由所述一对电/超声波传感器获得；以及

控制单元，用于通过脉冲多普勒方法，由检测的多普勒频移来计算流量，以及通过传输时间方法，由转换电路的输出来计算流量。

10.如权利要求9所述的超声波流量计，进一步包括：

第二电/超声波传感器，仅用于通过脉冲多普勒方法来测量流量，其中

所述硬件单元向所述一对电/超声波传感器和第二电/超声波传感器提供发射脉冲信号，以及

所述检测电路由从第二电/超声波传感器获得的接收信号，来检测所述多普勒频移。

11.如权利要求9所述的超声波流量计，其中，

所述至少一对电/超声波传感器仅包括单对，以及超声波流量计进一步包括：

开关单元，插入脉冲信号输出的输入和用于多普勒方法的所述硬件单元的所述转换单元以及仅一对电/超声波传感器中的一个传感器间，用于仅在脉冲多普勒方法的测量周期的持续时间连接电路，其中，

所述检测电路根据为从一个传感器输出的超声波脉冲的回波的接收信号，来检测所述多普勒频移。

12.如权利要求11所述的超声波流量计，其中，

所述控制单元和硬件单元根据外部命令或信号，协作改变流量测量模式，即脉冲多普勒方法、传输时间方法和同时两种方法。

13.一种超声波流量计，能通过在脉冲多普勒方法和传输时间方法之间进行转换来执行流量测量，该超声波流量计包括：

通过传输时间方法来测量流量所需的至少一对电/超声波传感器；

脉冲生成单元，用于向所述一对电/超声波传感器提供通过传输时间方法来测量流量所需的脉冲信号，以便生成并向所述一对电/超声波传感器中的一个输出通过脉冲多普勒方法来测量流量所需的脉冲信号；

检测电路，用于检测通过使用包括所述一对电/超声波传感器的一个任意传感器，通过脉冲多普勒方法来计算流量所需的多普勒频移；

转换单元，允许通过本权利要求的上述资源，放大和模/数转换通过从上游到下游的超声波脉冲传输而获得的第一接收信号，和通过从下游到上游的超声波脉冲传输而获得的第二接收信号；以及

控制单元，用于由检测的多普勒频移，通过脉冲多普勒方法来计算流量，以及由模/数转换的结果，通过传输时间方法来计算流量。

14.如权利要求13所述的超声波流量计，其中，

所述检测电路包括在其前级的放大器和在后级用于分别处理数据的实部和数据的虚部的一对模/数转换器，

所述转换单元包括：

一对单极双掷开关单元，紧接着插在所述一对模/数转换器之前，用于仅在脉冲多普勒方法的测量周期的持续时间连接电路，同时将放大器的输出连接到所述一对模/数传感器的一个输入，以及进一步包括：

第二开关单元，其共用端连接到所述脉冲生成单元的输出端和检测电路的输入端，并且其一对触点连接到所述一对电/超声波传感器，其中，

所述转换单元进行控制，在所述一对单极双掷开关单元和第二开关单元之间进行转换，以便在脉冲多普勒方法的测量周期期间，将放大器的输入连接到所述传感器之一，以及在用于传输时间方法的测量周期期间，根据其测量算法，转换第二开关单元。

15.如权利要求14所述的超声波流量计，其中，

所述的至少一对电/超声波传感器是多对传感器，

所述第二开关单元是单极开关，其包括逐一连接到多对传感器的两倍数的触点，以及

所述转换单元将脉冲多普勒方法和传输时间方法的测量周期分配给所述多对传感器的每一对，对于每一对转换第二开关单元，使得在脉冲多普勒方法的测量周期期间，放大器的输入被连接到可应用传感器对之一，而在传输时间方法的测量周期，根据其测量算法将放大器与所述可应用传感器对连接。

16.如权利要求13所述的超声波流量计，其中，

所述控制单元和所述转换单元根据外部命令或信号，协作改变流量测量模式，即脉冲多普勒方法、传输时间方法和同时两种方法。

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