CN103604471A - 叶轮式流量计流量高速采样传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，用以解决传统采样传感器探测距离短、抗磁性差及测量不准确的问题，主要包括高速采样探头和传感器控制器两个部分，所述高速采样探头内设线圈、线圈支架以及保护支架；所述传感器控制器包括电源供电装置，无线电波发生装置、无线电波接收装置、采样识别装置、边沿陡峭脉冲发生装置、采样信号转换装置及传感器信号输出装置。本发明适用于多种叶轮式流量计实现高速测量，具有微功耗、宽电压、温度特性和耐压特性良好、输出信号优良等特性；同时，本发明对叶轮不产生任何阻力，且探测距离远，抗强磁性能好，测量准确，可根据不同用途选用不同外壳。

Description

叶轮式流量计流量高速采样传感器

技术领域

本发明涉及一种高速采样传感器，尤其涉及一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，属于传感器采样领域。

背景技术

叶轮式流量计作为一种测量气体、液体流量的装置被广泛应用，其关键部件是测量传感器。现有叶轮式流量计大多都是在产生制造中组装和调试，有效探测距离小，探测速度低，温漂大，对应用环境条件要求高，一旦发生损坏，维修和更换都需要停工处理，维护维修麻烦。另外，现有叶轮式流量计自身抗污染效果都不好，抗干扰能力差；需要额外配置保护装置加以保护，致使流量计的生产制造与检验困难，在正常使用中损坏几率高，这就带来了安装工艺复杂，维修成本高等弊端。特别是在实际使用过程中传感器受温度、压力变化的影响造成严重的信号漂移，导致不能正常采样，致使整个测量设备功能失效，由于传感器探测距离小，一旦出现故障，整个测量设备或仪器就无法正常工作，必须在停止运行的情况下更换整个测量设备或仪器，损失严重，这是多年来困绕叶轮流量计应用的一大难题；但是，叶轮式流量计又是众多流量计中基表精确度最高，重复性最好，应用广泛的流量计；特别是在大型天然气输送管道系统中应用最为广泛，在中国，在西欧和北美等发达国家和地区的天然气管道上应用最多的也是这种流量计。因此，急需研制一种新型的应用于叶轮式流量计的流量传感器，本发明是针对上述问题而专门设计的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，解决了传统采样传感器探测距离短、抗干扰能力差及测量速度低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，包括叶轮式流量计及高速采样传感器，所述叶轮式流量计包括叶轮、叶片及流量计壳体，所述叶轮上含有两个或以上的叶片，所述高速采样传感器包括：

高速采样探头：所述高速采样探头可以根据叶轮式流量计基表的具体结构和指标要求，做出不同的结构形式，用以探测叶片位移信号；

传感器控制器：所述传感器控制器用于接收高速采样探头采集到到信号，并将采集到的信号进行处理；

所述高速采样探头与所述传感器控制器连接。

进一步的，所述传感器控制器包括：

无线电波发生装置：所述无线电波发生装置的一端与所述高速采样探头相连接，所述无线电波发生装置用以接收所述高速采样探头采集到的信号，产生聚焦的电磁波，将聚焦的电磁波通过高速采样探头发射到所述叶片上，并产生电磁波回波信号；

无线电波接收装置：所述无线电波接收装置与所述无线电波发生装置相连接，用以接收电磁波回波信号，该回波信号使扫描基频急剧升高和降低，从而产生时间极短的反映叶片位移信号的反馈量信号；

采样识别装置：所述采样识别装置与所述无线电波接收装置相连接，用以接收无线电波接收装置产生的反馈量信号，以便识别叶片的转动位移量；

边沿陡峭脉冲发生装置：所述边沿陡峭脉冲发生装置与所述采样识别装置集成在一个模块内，用以将采样识别装置识别的叶片转动位移量转化成陡峭脉冲信号；

采样信号转换装置：所述采样信号转换装置与所述边沿陡峭脉冲发生装置相连接，用以将边沿陡峭脉冲发生装置产生的陡峭脉冲信号转化成矩形脉冲信号；

传感器信号输出装置：所述传感器信号输出装置与所述采样信号转换装置相连接，用以将所述采样信号转换装置转换的矩形脉冲信号输出至外部控制装置上；

电源供电装置：所述电源供电装置分别与所述无线电波发生装置、无线电波接收装置、采样识别装置、边沿陡峭脉冲发生装置、采样信号转换装置及传感器信号输出装置相连接，用以给上述装置供电。

进一步的，所述高速采样探头包括引线、分层线圈、线圈支架及保护支架，所述分层线圈缠绕在所述线圈支架后，与所述引线相连接，所述保护支架位于所述线圈支架外部，用以保护所述分层线圈及线圈支架。

作为本发明的进一步优化，所述分层线圈为一层或以上。

作为本发明的进一步优化，所述引线为两条或以上。

本发明的有益效果是：同其它技术相比，本发明具有如下特点：

一、本发明按不同的应用场合和应用需要可将硬质外壳装在流量计基表上，可以是整体器件，也可以是分装器件。

二、本发明信号输出最高频率超过10000Hz；一般情况下信号输出范围为0-10000Hz。

三、本发明采用微功耗设计，数字信号输出时功率低。

四、本发明探测距离远，便于安装，且具有优良的抗干扰特性，良好的抗强磁场能力，良好的温度特性。由于采用数字模拟混合电路设计且供电电压宽，几乎不产生温漂。

五、本发明适合多种体积、尺寸、型号的叶轮式流量计；对于防水、防爆、耐高压，以及抗机械冲击性能，仅取决于外壳造型设计和材料的不同。

六、本发明中的叶轮流量计的叶轮，可选择金属材料；也可以选择非金属材料，仅要求叶片微小的顶部有相关电磁波的反射材料；材质越薄越轻效果越佳，这对于不增加叶轮负荷，提高叶轮灵敏度、精确度大有益处。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明工作原理模块图；

图3为本发明高速采样探头的结构一的示意图；

图4为本发明高速采样探头的结构二的示意图。

其中，1、叶轮；2、叶片；3、流量计壳体；4、高速采样探头；41、分层线圈；42、引线；43、线圈支架；44、保护支架；5、传感器控制器；51、电源供电装置；52、无线电波发生装置；53、无线电波接收装置；54、采样识别装置；55、边沿陡峭脉冲发生装置；56、采样信号转换装置；57、传感器信号输出装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，包括叶轮式流量计及高速采样传感器，所述叶轮式流量计包括叶轮1、叶片2及流量计壳体3，所述叶轮1上设有两个或以上的叶片2，如图1和图2所示，所述高速采样传感器包括：

高速采样探头4：如图3和图4所示，所述高速采样探头4可以根据叶轮式流量计的具体结构和指标要求，做出不同的结构形式，用以探测叶片2位移信号；

传感器控制器5：所述传感器控制器5用于接收高速采样探头4采集到的信号，并将采集到的信号进行处理；

所述高速采样4探头与所述传感器控制器5连接。

在本发明中，所述传感器控制器5包括：

无线电波发生装置52：所述无线电波发生装置52的一端与所述高速采样探头4相连接，所述无线电波发生装置52用以接收所述高速采样探头4采集到的信号，产生聚焦的电磁波，将聚焦的电磁波通过高速采样探头4发射到所述叶片2上，并产生电磁波回波信号；

无线电波接收装置53：所述无线电波接收装置53与所述无线电波发生装置52相连接，用以接收电磁波回波信号，该回波信号使扫描基频急剧升高和降低，从而产生时间极短的反映叶片2位移信号的反馈量信号；

采样识别装置54：所述采样识别装置54与所述无线电波接收装置53相连接，用以接收无线电波接收装置53产生的反馈量信号，以便识别叶片2的转动位移量；

边沿陡峭脉冲发生装置55：所述边沿陡峭脉冲发生装置55与所述采样识别装置54集成在一个模块内，用以将采样识别装置54识别的叶片2转动位移量转化成陡峭脉冲信号；

采样信号转换装置56：所述采样信号转换装置56与所述边沿陡峭脉冲发生装置55相连接，用以将边沿陡峭脉冲发生装置55产生的陡峭脉冲信号转化成矩形脉冲信号；

传感器信号输出装置57：所述传感器信号输出装置57与所述采样信号转换装置56相连接，用以将所述采样信号转换装置56转换的矩形脉冲信号输出至外部控制装置上；

电源供电装置51：所述电源供电装置51分别与所述无线电波发生装置52、无线电波接收装置53、采样识别装置54、边沿陡峭脉冲发生装置55、采样信号转换装置56及传感器信号输出装置57相连接，用以给上述装置供电。

如图3和图4所示，在本发明中，所述高速采样探头4包括引线42、分层线圈41、线圈支架43及保护支架44，所述分层线圈41缠绕在所述线圈支架43后，与所述引线42相连接，所述保护支架44位于所述线圈支架43外部，用以保护所述分层线圈41及线圈支架43。

作为本发明的进一步优化，所述分层线圈41为一层或以上。

作为本发明的进一步优化，所述引线42为两条或以上。

本发明的工作原理如下：

首先由电源供电装置51提供稳恒电压的供电，对于引入高速采样传感器内的电源线、信号输出线进行EMC处理，给高速采样传感器内部提供相对干净的电气环境。

高速采样探头4发出的电磁波，其穿透能力强，聚焦后发射到流量计叶轮1及叶片2，准确分辨叶片2和叶轮1，电磁波到达后产生精确的返回信号波，并送至无线电波接收装置53，由后继的采样识别装置54进行处理，由于采用的扫描基频高，叶轮1上的叶片2薄，叶轮1上的叶片2经过高速采样探头4有效探测区的时间间隔极短，致使返回信号波频率急剧升高和降低，在采样识别装置54上产生脉宽很窄和边沿陡峭的脉冲。在理论上，当叶轮1转速趋于无穷时，其上升沿和下降沿就足够陡峭，产生的脉冲趋近于理想冲击信号。在实际中叶轮1的转速是有限的，转速越高，产生的脉冲宽度越窄，而且上升沿和下降沿时间越短，但其能量足够大，足以满足后续要求，所以高速情况下测量是精确的。在低速情况下，起始点是从0开始，扫描基频远大于采样输出频率，由于在采样识别装置54中采样脉冲的幅度是恒定的，在采样识别装置54中有电压保持，而且刷新速度足够快，能满足识别信号的需要，并根据采样时间控制输出精确的信号。

本发明的工作过程如下：

电源供电装置51启动，本发明开始工作，叶轮1带动叶片2进行旋转，首先无线电波发生装置52产生聚焦的电磁波进入到高速采样探头4，并产生电磁波回波信号；无线电波接收装置53接收电磁波回波信号，该回波信号能够使扫描基频急剧升高和降低，从而产生时间极短的反映叶片2位移信号的反馈量信号；该反馈量信号传送至采样识别装置54，通过采样识别装置54，来识别叶片2的转动位移量；边沿陡峭脉冲发生装置55接收采样识别装置54识别的叶片2转动位移量转化成陡峭脉冲信号，陡峭脉冲信号经过采样信号转换装置56转化成矩形脉冲信号，矩形脉冲信号经过传感器信号输出装置57输出至外部将控制装置上，从而实现了采样传感器的高速采样。

在本发明中，无线电波发生装置52、无线电波接收装置53、采样识别装置54、边沿陡峭脉冲发生装置55、采样信号转换装置56及传感器信号输出装置57均为已知技术，作为本领域技术人员，可以选择任意能够实现该功能的装置都可以制作成本发明所述的叶轮式流量计流量高速采样传感器。

根据该传感器的工作原理，可将本发明设计成PCB板级电路，陶瓷基板厚膜电路，IC集成电路；这些实现方法尽管有所不同，在外形与指标上有着一些差别，完全可以根据在应用领域中的实际需要选择实现方法。

流量计外壳3，可以根据实际应用场合选择，金属材料，塑料材料，或其他材料。

叶轮1，可选择金属材料；也可以选择非金属材料，仅要求叶片2微小的顶部有相关电磁波的反射材料，如铜箔，铝箔或电镀材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种叶轮式流量计流量高速采样传感器，包括叶轮式流量计及高速采样传感器，所述叶轮式流量计包括叶轮、叶片及流量计壳体，所述叶轮上含有两个或以上的叶片，其特征在于，所述高速采样传感器包括：

高速采样探头：所述高速采样探头可以根据叶轮式流量计基表的具体结构和指标要求，做出不同的结构形式，用以探测叶片位移信号；

传感器控制器：所述传感器控制器用于接收高速采样探头采集到到信号，并将采集到的信号进行处理；

所述高速采样探头与所述传感器控制器连接。

2.根据权利要求1所述的叶轮式流量计流量高速采样传感器，其特征在于，所述传感器控制器包括：

无线电波发生装置：所述无线电波发生装置的一端与所述高速采样探头相连接，所述无线电波发生装置用以接收所述高速采样探头采集到的信号，产生聚焦的电磁波，将聚焦的电磁波通过高速采样探头发射到所述叶片上，并产生电磁波回波信号；

无线电波接收装置：所述无线电波接收装置与所述无线电波发生装置相连接，用以接收电磁波回波信号，该回波信号使扫描基频急剧升高和降低，从而产生时间极短的反映叶片位移信号的反馈量信号；

采样识别装置：所述采样识别装置与所述无线电波接收装置相连接，用以接收无线电波接收装置产生的反馈量信号，以便识别叶片的转动位移量；

边沿陡峭脉冲发生装置：所述边沿陡峭脉冲发生装置与所述采样识别装置集成在一个模块内，用以将采样识别装置识别的叶片转动位移量转化成陡峭脉冲信号；

采样信号转换装置：所述采样信号转换装置与所述边沿陡峭脉冲发生装置相连接，用以将边沿陡峭脉冲发生装置产生的陡峭脉冲信号转化成矩形脉冲信号；

传感器信号输出装置：所述传感器信号输出装置与所述采样信号转换装置相连接，用以将所述采样信号转换装置转换的矩形脉冲信号输出至外部控制装置上；

电源供电装置：所述电源供电装置分别与所述无线电波发生装置、无线电波接收装置、采样识别装置、边沿陡峭脉冲发生装置、采样信号转换装置及传感器信号输出装置相连接，用以给上述装置供电。

3.根据权利要求1所述的叶轮式流量计流量高速采样传感器，其特征在于：所述高速采样探头包括引线、分层线圈、线圈支架及保护支架，所述分层线圈缠绕在所述线圈支架后，与所述引线相连接，所述保护支架位于所述线圈支架外部，用以保护所述分层线圈及线圈支架。

4.根据权利要求3所述的叶轮式流量计流量高速采样传感器，其特征在于：所述分层线圈为一层或以上。

5.根据权利要求3所述的叶轮式流量计流量高速采样传感器，其特征在于：所述引线为两条或以上。

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