CN105043509A - 液体超声波流量计的检测方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液体超声波流量计的检测方法,包括:将液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器的正弦波包络信号,其中,正弦波包络信号包含其幅值与频率;判断正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,当正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至幅值与频率均不小于触发阈值,则判定管道为空管;当增大发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且幅值与频率小于触发阈值时,则判定换能器故障。通过判断管道为空管或液体超声波流量计为故障状态,不仅解决了液体流量计测量不准确的问题,同时,提高了其测量流量的效率。
Description
技术领域
本发明涉及超声波流量计,特别涉及一种适用于管道公称直径大于100的液体超声波流量计的检测方法及检测系统。
背景技术
液体超声波流量计一般采用时差法测量流体流速,基本原理是测量超声波脉冲在顺程流动方向和逆程流动方向中的时间差来反应流速,从而测出管道内液体流量。液体超声波流量计的换能器驱动频率为1MHz,远远高于气体的驱动频率(200KHz),更利于采集的波形,测量值更准确。
然而,现有的液体超声波流量计,在测量管道内的流体流量时,测量出的液体流量值不准确。究其原因在于:当液体超声波流量计中使用正常频率发射换能器驱动时,不确定所述管道为空管,由于空管中衰减较大,导致接收换能器接收的正弦波包络信号失真严重,最终,测量出的液体流量值不准确。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种液体超声波流量计的检测方法及检测系统,用于解决现有技术中液体流量计在测量管道流速时,无法判断所述管道是否空管以及所述换能器是否故障的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种液体超声波流量计的检测方法,包括:
将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器的正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率;
判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
当增大所述发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障。
优选地,所述将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器的正弦波包络信号,具体包括:
获取所述液体超声波流量计中接收换能器接收的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;将所述电信号进行数模转换,得到所述正弦波包络信号。
优选地,所述判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,还包括:
当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器驱动电压。
优选地,所述当增大所述发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障,具体包括:
增大所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至所述驱动电压到达其最大值时,且所述正弦波包络信号的幅值与频率小于预设的触发阈值时,判定所述换能器的损坏,并发出报警信号,控制报警装置响起。
优选地,所述检测方法还包括:
根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
本发明的另一目的在于提供一种液体超声波流量计的检测系统,所述检测系统包括:
数字信号处理器,适用于发送测试指令,还适用于判断接收的所述正弦波包络信号的频率与幅值是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,发送调整指令,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
当增大所述发射换能器的驱动电压,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障;
现场可编程阵列,适用于根据所述数字信号处理器发送的测试指令,发送相应频率与振幅的正弦波参数;
数模转换器,适用于根据所述正弦波参数,输出满足正弦波参数的正弦波信号;
低压驱动电路,适用于接收低压驱动信号,提供8至15V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大;
高压驱动电路,适用于接收高压驱动信号,提供50至65V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大。
优选地,所述检测系统还包括:
发射换能器,适用于将放大的正弦波信号进行电声转换,生成超声波脉冲信号,并发送所述超声波脉冲信号;
接收换能器,适用于获取所述液体超声波流量计中接收换能器的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;
模数转换器,适用于将所述电信号进行模数转换,得到所述正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率
优选地,所述数字信号处理器,还适用于当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器驱动电压。
优选地,所述检测系统还包括:报警装置,适用于接收到所述数字信号处理器发送的报警指令,响起警报声。
优选地,所述数字信号处理器,还适用根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
如上所述,本发明的液体超声波流量计的检测方法及检测系统,具有以下有益效果:
通过采集所述管道内接收换能器的正弦波包络信号,判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;解决了现有液体超声波流量计在测量管道流量时,无法判断管道为空管的问题;当增大发射换能器的驱动电压,不仅提高了液体超声波流量计测量准确度。当增大所述发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障,定位特定故障,方便使用。
附图说明
图1显示为本发明实施例提供的一种液体超声波流量计的检测方法流程图;
图2显示为本发明实施例提供一种液体超声波流量计结构框图;
图3显示为本发明实施例提供的一种液体超声波流量计的检测系统框图;
图4显示为本发明实施例提供的图3中的低压驱动电路、高压驱动电路结构图。
元件标号说明:
1、数字信号处理器,2、现场可编程阵列,3、DA转换器,4、低压驱动电路,5、高压驱动电路,6、发射换能器,7、接收换能器,8、AD转换器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示,为本发明实施例提供的一种液体超声波流量计的检测方法流程图,包括:
在步骤S101中,将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器7的正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率;
具体地,所述将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器7的正弦波包络信号,具体包括:
获取所述液体超声波流量计中接收换能器7接收的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;将所述电信号进行数模转换,得到所述正弦波包络信号。
步骤S102中,判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值;
根据所述正弦波包络信号的幅值与频率与预设的触发阈值进行比较,通过比较结果增大所述驱动电压,判断所述管道是否为空管、所述液体超声波流量计的发射换能器6或接收换能器7是否故障;其中,所述预设的触发阈值中振幅设置电压为30mv,所述频率设置为1MHZ;另外,所述触发阈值与换能器功率成负相关,所述触发阈值和管道直径的成正相关。
步骤S103中,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大所述液体超声波流量计中发射换能器6的驱动电压,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
在本实施例中,当所述正弦波包络信号的振幅与频率,其中,所述振幅小于30mv,所述频率小于1MHZ时,增大所述发射换能器6的驱动电压,将所述正弦波信号进行处理,调整所述驱动电压到最大值时,在逐渐增大驱动电压的过程中,通过多次检测所述振幅与所述频率,当出现所述正弦波包络信号出现了的振幅不小于30mv或者所述频率不小于1MHZ时,最终,则判定所述管道为空管。
所述判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,还包括:
步骤S104中,当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器6驱动电压。
在本实施例中,所述正弦波包络信号的频率与振幅均正常,均能够满足所述液体超声波流量计预设的触发阈值,表示所述管道不为空管并且所述液体超声波流量计正常无故障。
步骤S105中,当增大所述发射换能器6的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障。
其中,所述当增大所述发射换能器6的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障,具体包括:
增大所述液体超声波流量计中发射换能器6的驱动电压,直至所述驱动电压为其最大值时,且所述正弦波包络信号的幅值与频率小于预设的触发阈值时,判定所述换能器的损坏,并且发出报警信号,控制报警装置响起。
在本实施例中,当所述接收换能器7中的正弦波包络信号的频率与振幅小于预设值,或者未接收到正弦波包络信号,增大所述液体超声波流量计中发射换能器6的驱动电压,直至所述驱动电压到达其最大值时,即所述发射换能器6在最大的驱动电压发送的超声波脉冲信号时,所述发射换能器6已经向所述接收换能器7发送超声波脉冲信号,且所述正弦波包络信号的幅值与频率小于预设的触发阈值时,判定所述接收换能器7的损坏,并发出报警信号,控制报警装置响起。
在本实施例中,当所述接收换能器7中的正弦波包络信号的频率与振幅小于预设值,或者未接收到正弦波包络信号,如果检测到所述模数转换器(AD转换器8)已将所述正弦波信号转为数字信号,发送至所述发射换能器6,且所述发射换能器6未发出超声波脉冲信号,则判定所述发射换能器6损坏,并且发出报警信号,控制相应的报警装置响起。
优选地,所述检测方法还包括:
根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
其中,在测量管道流体(气体或者液体)的流量或流速时,通过启动液体超声波流量计,准确获取发射超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
如图2所示,为本发明实施例提供一种液体超声波流量计结构框图,在本实施例中,换能器作为发送超声波脉冲信号,换能器作为接收超声波脉冲信号,其发射与接收之间相差的时间为t1,换能器作为发送超声波脉冲信号,换能器作为接收超声波脉冲信号,其发射与接收之间相差的时间为t2,t1与t2之差为Δt,其与管道内流体流速关系:
式(1)中,c为超声波在流体中的速度,D为管道直径,θ是两超声波换能器与管道水平方向夹角。由式(1)可见,当超声波在静止气体中传播速度可认为是常数时,流体流速与时间差Δt成正比,测量Δt即可得到流速,从而计算从管道中流体的流速。
如图3所示,为本发明实施例提供的一种液体超声波流量计的检测系统框图,所述检测系统包括:
数字信号处理器1,适用于发送测试指令,还适用于判断接收的所述正弦波包络信号的频率与幅值是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,发送调整指令,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
当增大所述发射换能器6的驱动电压,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障;
其中,所述数字信号处理器1为TI公司的TMS320F28355,作为控制器与FPGA(现场可编程阵列2)之间通信。
具体地,所述数字信号处理器1,还适用于当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器6驱动电压;还适用根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
现场可编程阵列2,适用于根据所述数字信号处理器1发送的测试指令,发送相应频率与振幅的正弦波参数;
数模转换器,适用于根据所述正弦波参数,输出满足正弦波参数的正弦波信号;
低压驱动电路4,适用于接收低压驱动信号,提供8至15V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大;
高压驱动电路5,适用于接收高压驱动信号,提供50至65V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大。
在本实施例中,当所述数字信号处理器1发送测试指令,在所述现场可编程阵列2接收到该测试指令时,对应输出频率与振幅正弦波参数的数字信号,所述数模转换器根据所述正弦波参数输出满足正弦波参数的正弦波信号;所述低压驱动电路4将正弦波信号放大,发送至发射换能器6,所述发射换能器6发送超声波脉冲信号,所述接收换能器7将超声波脉冲信号转化为电信号,所述模数转换器将所述电信号转为为对应的数字信号,获取所述正弦波包络信号的频率与振幅,所述现场可编程阵列2,即FPGA,将所述正弦波包络信号的频率与振幅发送至数字信号处理器1,所述数字信号处理器1判断所述正弦波包络信号的幅度与振幅是否小于预设触发阈值,当所述振幅与所述幅度均不小于预设触发阈值,则保持所述驱动电压,继续采集所述正弦波包络信号,同时,根据所述发射换能器6与接收换能器7之间发送与接收超声波脉冲信号的时间差,计算所述管道内的流体流量。
当所述数字信号判断所述正弦波包络信号的幅度与振幅小于预设触发阈值,且为其中任意一个参数小于预设触发阈值,所述触发阈值的包括振幅为30mv,频率为1MHZ;采用低压驱动电路4放大所述正弦波信号,直至所述低压驱动电路4增大到最大值时,所述正弦波包络信号的幅度与幅度,其任意一个仍然小于预设触发阈值;则采用高压驱动电路5,当采用所述高压驱动电路5驱动所述发射换能器6时,在高压驱动范围内电压逐渐增大的过程中,当出现了所述数字信号处理器11接收的所述正弦波包络信号的幅度与幅度,其任意一个均不小于预设触发阈值,则判定所述管道此时为空管。
当判定所述管道为空管时,采用高压驱动电路5放大所述正弦波信号,补偿所述正弦波信号的失真;避免了所述管道为空管时,因失真严重,造成的测试管道流量不准的问题。
当采用所述高压驱动电路5或者所述低压驱动电路4时,若所述发射换能器6发射的超声波脉冲信号至所述接收换能器7,且增大至所述高压驱动电路5最大值时,或者增大至所述低压驱动电路4的最大值时,所述数模转换器将正弦波信号经放大由发射换能器6发送,但所述数字信号处理器1接收的正弦波包络信号的幅度与振幅均小于预设触发阈值,则判定所述接收换能器7或发射换能器6损坏,并同时发送报警指令给所述报警装置,响起报警声。
具体地,所述检测系统还包括:
发射换能器6,适用于将放大的正弦波信号进行电声转换,生成超声波脉冲信号,并发送超声波脉冲信号;
接收换能器7,适用于获取所述液体超声波流量计中接收换能器7的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;
模数转换器,适用于将所述电信号进行模数转换,得到所述正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率;
其中,所述检测系统还包括:报警装置,适用于接收到所述数字信号处理器1发送的报警指令,响起警报声。
如图4所示,为发明实施例提供的图3中的低压驱动电路4、高压驱动电路5结构图,其中,Y1为低压驱动电路4,Y2为高压驱动电路5,U3为双运算放大器,Output为DA转换器3输入的换能器激励信号,J1为发射换能器6。
其中,所述Y1与Y2分别包含的电子元器件相等,换能器激励信号经过高压驱动电路5与低压驱动电路4分别不同放大,使得发射换能器6将正弦波信号放大后,经过电声转换,转换为超声波脉冲信号。
当电路中N8的输入为高电平时,所述高压驱动电路5不输出,因为MOS管Q2截止导致该电路只输出低电压;当电路中N8的输入为低电平时,所述开关电路导通,即MOS管Q2导通,所述高压驱动电路5输出,通过变压器L1将高压驱动电路5转换到低压驱动电路4,从而提升所述低压驱动电路4输出高电压,完成高压驱动。
综上所述,本发明通过采集所述管道内接收换能器7的正弦波包络信号,判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大所述液体超声波流量计中发射换能器6的驱动电压,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;解决了现有液体超声波流量计在测量管道流量时,无法判断管道为空管的问题;当增大发射换能器6的驱动电压,不仅提高了液体超声波流量计测量准确度。当增大所述发射换能器6的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述接收换能器7故障,定位特定故障,方便使用。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种液体超声波流量计的检测方法,其特征在于,所述检测方法至少包括:
将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器的正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率;
判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,增大所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
当增大所述发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障。
2.根据权利要求1所述的液体超声波流量计的检测方法,其特征在于,所述将所述液体超声波流量计安装在管道上,获取接收换能器的正弦波包络信号,具体包括:
获取所述液体超声波流量计中接收换能器接收的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;将所述电信号进行数模转换,得到所述正弦波包络信号。
3.根据权利要求1所述的液体超声波流量计的检测方法,其特征在于,所述判断所述正弦波包络信号的幅值与频率是否小于预设的触发阈值,还包括:
当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压。
4.根据权利要求1所述的液体超声波流量计的检测方法,其特征在于,所述当增大所述发射换能器的驱动电压,直至驱动电压增到最大时,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述换能器故障,具体包括:
增大所述液体超声波流量计中发射换能器的驱动电压,直至所述驱动电压到达其最大值时,且所述正弦波包络信号的幅值与频率小于预设的触发阈值时,判定所述换能器的损坏,并发出报警信号,控制报警装置响起。
5.根据权利要求1所述的液体超声波流量计的检测方法,其特征在于,还包括:
根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
6.一种液体超声波流量计的检测系统,其特征在于,所述检测系统至少包括:
数字信号处理器,适用于发送测试指令,还适用于判断接收的所述正弦波包络信号的频率与幅值是否小于预设的触发阈值,当所述正弦波包络信号的幅值与频率,其任意一个小于预设的触发阈值时,发送调整指令,直至所述幅值与所述频率均不小于触发阈值,则判定所述管道为空管;
当增大所述发射换能器的驱动电压,且所述幅值与所述频率小于触发阈值时,则判定所述接收换能器故障;
现场可编程阵列,适用于根据所述数字信号处理器发送的测试指令,发送相应频率与振幅的正弦波参数;
数模转换器,适用于根据所述正弦波参数,输出满足正弦波参数的正弦波信号;
低压驱动电路,适用于接收低压驱动信号,提供8至15V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大;
高压驱动电路,适用于接收高压驱动信号,提供50至65V的电压驱动,对所述正弦波信号进行放大。
7.根据权利要求5所述的液体超声波流量计的检测系统,其特征在于,还包括:
发射换能器,适用于将放大的正弦波信号进行电声转换,生成超声波脉冲信号,并发送所述超声波脉冲信号;
接收换能器,适用于获取所述液体超声波流量计中接收换能器的超声波脉冲信号,将接收的超声波脉冲信号进行声电转换,得到电信号;
模数转换器,适用于将所述电信号进行模数转换,得到所述正弦波包络信号,其中,所述正弦波包络信号包含其幅值与频率。
8.根据权利要求5所述的液体超声波流量计的检测系统,其特征在于,所述数字信号处理器,还适用于当所述正弦波包络信号的幅值与频率均不小于预设的触发阈值时,保持所述液体超声波流量计中发射换能器驱动电压。
9.根据权利要求5所述的液体超声波流量计的检测系统,其特征在于,还包括:
报警装置,适用于接收到所述数字信号处理器发送的报警指令,响起警报声。
10.根据权利要求5所述的液体超声波流量计的检测系统,其特征在于,所述数字信号处理器,还适用根据发射的超声波脉冲信号与接收的超声波脉冲信号之间的时间差,计算所述管道中液体的流量。
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