CN108007509B - 流体流量测量系统 - Google Patents

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CN108007509B CN201610952505.7A CN201610952505A CN108007509B CN 108007509 B CN108007509 B CN 108007509B CN 201610952505 A CN201610952505 A CN 201610952505A CN 108007509 B CN108007509 B CN 108007509B
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Abstract

本发明提供一种流体流量测量系统，包括：信号生成单元、第一信号处理单元、第二信号处理单元和第一时间数字转换器TDC；所述第一TDC的一端与所述信号生成单元连接，所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元的一端以及所述第二信号处理单元的一端连接；所述第一信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；所述第二信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；所述信号生成单元生成第一回波以及第二回波，并分别发送给所述第二信号处理单元以及所述第一信号处理单元。该系统可以有效提高系统测量流量的准确性。

Description

流体流量测量系统
技术领域
本发明涉及流量测量技术，尤其涉及一种流体流量测量系统。
背景技术
超声波流量表是通过测量超声波在流体中的顺流和逆流时间差异，计算获得流体流速的一种计量仪表。
TDC是现有的超声波流量表中的核心器件，TDC的基本原理是把时间差转换成延迟单元的级数，进而得到超声波顺流与逆流传播的时间，计算流体的流量。
如果TDC测量的时间差越大，也即TDC工作的时间越长，则被测信号所经过的延迟单元数越多，而在此过程中不可避免地会引入噪声，且噪声的积累量会与延迟单元的个数成正比。因此TDC工作的时间越长，测量得到的流体流量的准确性也越差。
而在小流量流体的情况下，超声波顺流传播时间与超声波逆流传播时间的时间差较小，如40L/h流量下的时间差约4ns。如果采用8MHz的参考时钟，那么TDC工作的时间是125ns，而125ns的时间对应的延迟单元的个数远远大于4ns的时间对应的延迟单元的个数，从而无法准确测量小流量流体的流量。
发明内容
本发明实施例提供一种流体流量测量系统，以克服现有技术中无法准确测量小流量流体的流量的问题。
本发明提供的流体流量测量系统包括：信号生成单元、第一信号处理单元、第二信号处理单元、和第一时间数字转换器TDC；
所述第一TDC的一端与所述信号生成单元连接，所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元的一端以及所述第二信号处理单元的一端连接；
所述第一信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；
所述第二信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；
所述信号生成单元生成第一回波以及第二回波，并分别发送给所述第二信号处理单元以及所述第一信号处理单元；
所述第一信号处理单元对接收到的所述第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将所述第二处理回波发送至所述第一TDC；
所述第二信号处理单元对接收到的所述第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将所述第一处理回波发送至所述第一TDC；
所述第一TDC确定接收的所述第一处理回波和所述第二处理回波的第一时间差；
所述信号生成单元还根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量。
可选的，所述信号生成单元包括：控制单元、脉冲发生器、第一换能器以及第二换能器；
所述脉冲发生器的一端与所述控制单元连接，所述脉冲发生器的另一端分别与所述第一换能器的第一端以及所述第二换能器的第一端连接；
所述第一TDC的一端与控制单元连接，所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元以及所述第二信号处理单元连接；
所述第一换能器的第一端与所述第二换能器的第一端连接；
所述第一换能器的第二端与所述第一信号处理单元连接；
所述第二换能器的第二端与所述第二信号处理单元连接；
所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第一超声电脉冲；
所述第一信号处理单元对所述第一换能器所发送的第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将所述第二处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第二回波为所述第一换能器接收的所述第二换能器所发送的第二超声波所对应的回波；
所述第二信号处理单元对所述第二换能器所发送的第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将所述第一处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第一回波为所述第二换能器接收的所述第一换能器所发送的第一超声波所对应的回波；
所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量。
可选的，还包括：相位控制单元，
所述第一TDC确定接收的第一处理回波和第二处理回波的时间差具体包括：
所述相位控制单元接收所述第一处理回波和所述第二处理回波，并确定所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系；
所述第一TDC根据所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系确定所述第一时间差。
可选的，所述第一信号处理单元包括：第一比较放大器和第一窗口单元；
所述第一比较放大器用于将所述第二回波进行放大整形；
所述第一窗口单元用于对放大整形后的所述第二回波进行滤波处理，以获取所述第二处理回波。
可选的，所述第二信号处理单元包括：第二比较放大器和第二窗口单元；
所述第二比较放大器用于将所述第一回波进行放大整形；
所述第二窗口单元用于对放大整形后的所述第一回波进行滤波处理，以获取所述第一处理回波。
可选的，所述相位控制单元包括：相位判断单元和相位调整单元；所述第一TDC包括：用于接收相位在前的信号的第一处理单元，用于接收相位在后的信号的第二处理单元、时间差计算单元，
所述相位判断单元判断所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系；
所述相位调整单元根据所述相位判断单元的判断结果，将相位在前的信号输出至所述第一处理单元，将相位在后的信号输出至所述第二处理单元；
所述时间差计算单元确定所述第一处理单元中的信号与所述第二处理单元中的信号之间的时间差。
可选的，在控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第一超声电脉冲之前，所述控制单元控制所述脉冲发生器向所述第一换能器发送第二超声电脉冲；
所述第一换能器将所述第三超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第二换能器，所述第三超声波为所述第一换能器将接收的所述脉冲发生器发送的第二超声电脉冲转换后产生的超声波；
所述第二换能器将接收的所述第一换能器发送的所述第三超声波对应的第三回波发送至所述第一信号处理单元，以使所述第一信号处理单元对所述第三回波进行信号处理；
所述第一TDC接收所述第一信号处理单元发送的经信号处理后的所述第三回波，并根据信号处理后的所述第三回波获取第二时间差；
所述控制单元控制所述脉冲发生器向所述第二换能器发送第三超声电脉冲；
所述第二换能器将所述第四超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第一换能器，所述第四超声波为所述第二换能器将接收的所述脉冲发生器发送的第三超声电脉冲转换后产生的超声波；
所述第一换能器将接收的所述第二换能器发送的所述第四超声波对应的第四回波发送至所述第一信号处理单元，以使所述第一信号处理单元对所述第四回波进行信号处理；
所述第一TDC接收所述第一信号处理单元发送的经信号处理后的所述第四回波，并根据信号处理后的所述第四回波获取第三时间差；
所述第一TDC根据所述第二时间差和所述第三时间差确定所述流体的第四时间差；
所述控制单元还用于判断所述第四时间差是否小于第一预设值，
若所述第四时间差小于第一预设值，则所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送所述第一超声电脉冲；
若所述第四时间差大于所述第一预设值，则所述控制单元根据所述第四时间差确定所述流体的实际流量。
可选的，所述系统还包括：第二TDC，
所述第二TDC用于测量所述第一换能器发送所述第一超声波至所述第二换能器接收所述第一回波的第一时间，以及测量所述第二换能器发送所述第二超声波至所述第一换能器接收所述第二回波的第二时间；
所述第二TDC根据所述第一时间和所述第二时间获取所述流体的第五时间差；
所述控制单元根据所述第五时间差确定所述流体的实际流量，具体包括：
所述控制单元判断所述第五时间差是否小于第二预设值，
若所述第五时间差小于所述第二预设值，则所述控制单元根据所述第五时间差确定所述流体的实际流量；
若所述第五时间差大于所述第二预设值，则所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量。
可选的，所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量之后，还包括：
所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第四超声电脉冲；
所述第一换能器将第五超声波通过待测流量的流体发送至所述第二换能器，所述第二换能器将第六超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第一换能器，所述第五超声波为所述第一换能器将接收的所述脉冲发生器发送的第四超声电脉冲转换后产生的超声波，所述第六超声波为所述第二换能器将接收的所述脉冲发生器发送的第四超声电脉冲转换后产生的超声波；
所述第二换能器将接收的所述第五超声波对应的第五回波发送至所述第一信号处理单元，所述第一换能器将接收的所述第六超声波对应的第六回波发送至所述第二信号处理单元；
所述第一TDC确定接收的第五处理回波和第六处理回波的第六时间差，所述第六处理回波为所述第二信号处理单元对所述第六回波进行处理后得到的，所述第五处理回波为所述第一信号处理单元对所述第五回波进行处理后得到的；
所述控制单元根据所述第六时间差确定所述流体的实际流量。
本发明提供一种流体流量测量系统，其中的第一信号处理单元和第二信号处理单元同时工作，且第一TDC仅仅确定第一处理回波和第二处理回波的时间差，从而有效缩短了第一TDC的工作时间，并降低了噪声的积累，进而提高了系统测量流量的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例一提供的流体流量测量系统的结构示意图；
图2所示为本发明实施例二提供的流体流量测量系统的结构示意图；
图3所示为本发明实施例三提供的流体流量测量系统的结构示意图；
图4所示为本发明实施例四提供的流体流量测量系统的结构示意图；
图5所示为本发明实施例五提供的流体流量测量系统的结构示意图；
图6所示为本发明实施例提供的上述实施例的一种具体实现方式；
图7所示为本发明又一实施例提供的上述实施例的一种具体实现方式。
具体实施方式
超声波流量表具有精度高、可靠性好、无任何活动部件等优点，可广泛替代传统的机械式流体测量表。现有技术中的超声流量表大多包括TDC以及换能器，在超声流量表工作过程中，TDC根据参考时钟获取超声波顺流传播时间与超声波逆流传播时间的时间差，然后把时间差转换成延迟单元的级数，进而使得测量控制根据该时间差得到流体的流量。
如果TDC测量的时间差越大，也即TDC工作的时间越长，则被测信号所经过的延迟单元数越多，而在此过程中不可避免地会引入噪声，且噪声的积累量会与延迟单元的个数成正比。因此TDC工作的时间越长，测量得到的流体流量的准确性也越差。
而在小流量流体的情况下，超声波顺流传播时间与超声波逆流传播时间的时间差较小，如40L/h流量下的时间差约4ns。如果采用8MHz的参考时钟，那么TDC的最大工作的时间是125ns，而125ns的工作的时间对应的延迟单元的个数远远大于4ns的时间差对应的延迟单元的个数，从而无法准确测量小流量流体的流量。
现有技术中需要分两次分别对超声波顺流、超声波逆流的传播时间进行测量，从而增加了TDC的工作时间。
本发明欲解决的就是在传统流量测量过程中，由于TDC的工作时间长，而导致噪声累积，从而影响小流量流体的情况下测量结果准确性的问题。
本发明通过上下游换能器同时发超声波，并且将收到的回波信号送到两个相同的比较放大器；确定比较放大器处理后输出的回波的先后关系；并将两个回波信号送到TDC，然后TDC仅仅测量两个回波之间的时间差，并进行随后的流量计算。通过本发明的方法，可以在小流量流体情况下可以缩短TDC的工作时间，降低了噪声的积累，提高了测量结果的准确性。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。
图1所示为本发明实施例一提供的流体流量测量系统的结构示意图，如图1所示，所述系统包括：信号生成单元10、第一信号处理单元14、第二信号处理单元15、和第一时间数字转换器TDC16。
第一TDC16的一端与信号生成单元10连接，第一TDC16的另一端分别与第一信号处理单元14的一端以及第二信号处理单元15的一端连接。
第一信号处理单元14的另一端与信号生成单元10连接。
第二信号处理单元15的另一端与信号生成单元10连接。
信号生成单元10生成第一回波以及第二回波，并分别发送给第二信号处理单元15以及第一信号处理单元14。
第一信号处理单元14对接收到的第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将第二处理回波发送至第一TDC16。
第二信号处理单元15对接收到的第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将第一处理回波发送至第一TDC16。
第一TDC16确定接收的第一处理回波和第二处理回波的第一时间差。
信号生成单元10还根据第一时间差确定流体的实际流量。
本实施例中，流体流量测量系统中的第一信号处理单元和第二信号处理单元同时工作，且第一TDC仅仅确定第一处理回波和第二处理回波的时间差，从而有效缩短了第一TDC的工作时间，并降低了噪声的积累，进而提高了系统测量流量的准确性。
图2所示为本发明实施例二提供的流体流量测量系统的结构示意图，如图2所示，信号生成单元10包括：控制单元17、脉冲发生器11、第一换能器12、第二换能器13；
其中，脉冲发生器11的一端与控制单元17连接，脉冲发生器11的另一端分别述第一换能器12的第一端以及第二换能器13的第一端连接。
第一TDC16的一端与控制单元17连接，第一TDC16的另一端分别与第一信号处理单元14以及第二信号处理单元15连接。
第一换能器12的第一端与第二换能器13的第一端连接。
第一换能器12的第二端与第一信号处理单元14连接。
第二换能器13的第二端与第二信号处理单元15连接。
控制单元17控制脉冲发生器11同时向第一换能器12和第二换能器13发送第一超声电脉冲。
第一信号处理单元14对第一换能器12所发送的第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将第二处理回波发送至第一TDC16，其中，第二回波为第一换能器12接收的第二换能器13所发送的第二超声波所对应的回波。
第二信号处理单元15对第二换能器13所发送的第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将第一处理回波发送至第一TDC16，其中，第一回波为第二换能器13接收的第一换能器12所发送的第一超声波所对应的回波。
具体地，第一换能器12将第一超声波通过待测流量的流体发送至第二换能器13，第二换能器13将第二超声波通过待测流量的流体发送至第一换能器12，第一超声波为第一换能器12将接收的脉冲发生器11发送的第一超声电脉冲转换后产生的超声波，第二超声波为第二换能器13将接收的脉冲发生器11发送的第一超声电脉冲转换后产生的超声波。
第二换能器13将接收的第一超声波对应的第一回波发送至第二信号处理单元15，第一换能器12将接收的第二超声波对应的第二回波发送至第一信号处理单元14。
另外，第一TDC16确定接收的第一处理回波和第二处理回波的第一时间差。
控制单元17根据第一时间差确定流体的实际流量。
可选的，上述的系统中可以包括切换开关，该切换开关用于根据控制单元17发送的不同切换信号导通不同的器件的连接，例如：切换开关接收控制单元17发送的第一控制信号，并根据第一控制信号导通第二换能器13与第二信号处理单元15，以及导通第一换能器12与第一信号处理单元14。
进一步的，如图3所示，上述的系统，还包括：相位控制单元18。
其中，上述第一TDC16的另一端分别与第一信号处理单元14以及第二信号处理单元15连接，包括：
第一TDC16的另一端通过相位控制单元18分别与第一信号处理单元14以及第二信号处理单元15连接；
其中，上述第一TDC16确定接收的第一处理回波和第二处理回波的第一时间差具体包括：
相位控制单元18接收第一处理回波和第二处理回波，并确定第一处理回波和第二处理回波的相位关系；
第一TDC16根据第一处理回波和第二处理回波的相位关系确定第一时间差。
进一步的，如图4所示，上述的系统的第一信号处理单元14包括：第一比较放大器141和第一窗口单元142；
第一比较放大器141用于将第二回波进行放大整形；
第一窗口单元142用于对放大整形后的第二回波进行滤波处理，以获取第二处理回波。
第二回波为模拟信号，而系统可以处理的信号仅为数字信号，因此，第一比较放大器141就会将接收到的第二回波转换为数字信号，由于环境中存在噪声，则此时得到的第二回波并不能真实的反应波的传播情况，因此，第一窗口单元142会将第二回波中的非回波区域的杂乱波形过滤掉，从而得到可用于后续测量的波形，以保证后续处理得到的结果的准确性。
进一步的，如图4所示，上述的系统的第二信号处理单元15包括：第二比较放大器和第二窗口单元152；
第二比较放大器用于将第一回波进行放大整形；
第二窗口单元152用于对模数转换后的第一回波进行滤波处理，以获取第一处理回波。
第一回波为模拟信号，而系统可以处理的信号仅为数字信号，因此，第二比较放大器就会将接收到的第一回波转换为数字信号，由于第一回波的传播的过程中会叠加噪声，则此时得到的第一回波并不能真实的反应波的传播情况，因此，第二窗口单元152会将第一回波中的噪声过滤掉，从而得到原始的波形，以保证后续处理得到的结果的准确性。
可选的，如图4所示，上述的系统的相位控制单元18包括：相位判断单元181和相位调整单元182；第一TDC16包括：用于接收相位在前的信号的第一处理单元，用于接收相位在后的信号的第二处理单元、时间差计算单元，
相位判断单元181判断第一处理回波和第二处理回波的相位关系；
相位调整单元182根据相位判断单元181的判断结果，将相位在前的信号输出至第一处理单元，将相位在后的信号输出至第二处理单元；
时间差计算单元确定第一处理单元中的信号与第二处理单元中的信号之间的时间差。
在本实施例中，第一TDC16直接接收第一处理回波和第二处理回波，从而直接根据第一处理回波和第二处理回波求得第一处理回波和第二处理回波的时间差，有效缩短了第一TDC16的工作时间。
上述实施例提供的是在小流量的情况下测量流体流量的方法，因此，在执行该步骤前，还需知道管道中的流体是否为小流量，具体的：
首先，测量第一换能器12发波，第二换能器13收波对应的时间差：
此过程中先将第二换能器13与第一信号处理单元14连接，第一换能器12不与第一信号处理单元14连接，其他连接方式不变。
同时也可以通过上述切换开关实现上述功能，例如：切换开关接收控制单元17发送的第二控制信号，并根据第二控制信号仅导通第二换能器13与第一信号处理单元14。
在控制脉冲发生器11同时向第一换能器12和第二换能器13发送第一超声电脉冲之前，控制单元17控制脉冲发生器11向第一换能器12发送第二超声电脉冲。
第一信号处理单元14对第二换能器13所发送的第三回波进行信号处理，并将经信号处理的第三回波发送至第一TDC16，其中，第三回波为第二换能器13接收的第一换能器12所发送的第三超声波所对应的回波。
具体地，第一换能器12将所述第三超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第二换能器13，所述第三超声波为所述第一换能器12将接收的所述脉冲发生器11发送的第二超声电脉冲转换后产生的超声波。
第二换能器13将接收的第一换能器12发送的第三超声波对应的第三回波发送至第一信号处理单元14，以使第一信号处理单元14对第三回波进行信号处理。
第一TDC16接收第一信号处理单元14发送的经信号处理后的第三回波，并根据信号处理后的第三回波获取第二时间差。
其次，测量第二换能器13发波，第一换能器12收波对应的时间差：
此过程中先将第一换能器12与第一信号处理单元14连接，第二换能器13不与第一信号处理单元14连接，也不与第二信号处理单元15连接，其他连接方式不变。
控制单元17控制脉冲发生器11向第二换能器13发送第三超声电脉冲；
第一信号处理单元14对第一换能器12所发送的第四回波进行处理，并将经信号处理的第四回波发送至第一TDC16，其中，第四回波为第一换能器12接收的第二换能器13所发送的第四超声波所对应的回波。
具体地，第二换能器13将所述第四超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第一换能器12，所述第四超声波为所述第二换能器13将接收的所述脉冲发生器11发送的第三超声电脉冲转换后产生的超声波。
第一换能器12将接收的第二换能器13发送的第四超声波对应的第四回波发送至第一信号处理单元14，以使第一信号处理单元14对第四回波进行信号处理。
第一TDC16接收第一信号处理单元14发送的经信号处理后的第四回波，并根据信号处理后的第四回波获取第三时间差。
第一TDC16根据第二时间差和第三时间差确定第四时间差。
上述确定第二时间差和第三时间差的方法与现有技术中相同，此处不再赘述，且根据第二时间差和第三时间差确定第四时间差的方法也与现有技术中相同，此处不再赘述。
当得到了液体的第四时间差后，控制单元17还用于判断第四时间差是否小于第一预设值，其中，第一预设值可以根据经验设置，本发明不对该值的大小以及获得方式加以限制。
若第四时间差小于第一预设值，则控制单元17控制脉冲发生器11同时向第一换能器12和第二换能器13发送第一超声电脉冲，也即执行本发明上述实施例的步骤；
若第四时间差大于等于第一预设值，则控制单元17根据第四时间差确定流体的实际流量，也即不执行本发明上述实施例的步骤。
上述方法需要判断是否进入本发明的流量测量方式，软件控制较为繁琐。事实上由于TDC一次测量所消耗电量很小，面积开销也不大，可以集成一个专用于判断是否为小流量的TDC。
具体的，如图5所示，上述的系统还包括：第二TDC19。
第二TDC19的一端与控制单元17连接，第二TDC19的另一端与第一信号处理单元14连接。
第二TDC19用于测量第一换能器12发送第一超声波至第二换能器13接收第一回波的第一时间，以及测量第二换能器13发送第二超声波至第一换能器12接收第二回波的第二时间。
第二TDC19根据第一时间和第二时间获取流体的第五时间差。
控制单元17根据第五时间差确定流体的实际流量，具体包括：
控制单元17判断第五时间差是否小于第二预设值，
若第五时间差小于第二预设值，则控制单元17根据第五时间差确定流体的实际流量；
若第五时间差大于等于第二预设值，则控制单元17根据第一时间差确定流体的实际流量。
进一步的，为了避免器件的差异性带来的测量结果的偏差，在执行完上述的方法后，可以切换第一信号处理单元14与第二信号处理单元15与第一换能器12和第二换能器13的连接关系，然后再次执行上述各个步骤，具体的：
控制单元17根据第一时间差确定流体的实际流量之后，还包括：
控制单元17控制脉冲发生器11同时向第一换能器12和第二换能器13发送第四超声电脉冲。
第一信号处理单元14对第二换能器13所发送的第五回波进行处理，生成第五回波对应的第五处理回波，并将第五处理回波发送至第一TDC16，其中，第五回波为第二换能器13接收的第一换能器12所发送的第五超声波所对应的回波。
第二信号处理单元15对第一换能器12所发送的第六回波进行处理，生成第六回波对应的第六处理回波，并将第六处理回波发送至第一TDC16，其中，第六回波为第一换能器12接收的第二换能器13所发送的第六超声波所对应的回波。
具体地，所述第一换能器12将第五超声波通过待测流量的流体发送至所述第二换能器13，所述第二换能器13将第六超声波通过所述待测流量的流体发送至所述第一换能器12，所述第五超声波为所述第一换能器12将接收的所述脉冲发生器11发送的第四超声电脉冲转换后产生的超声波，所述第六超声波为所述第二换能器13将接收的所述脉冲发生器11发送的第四超声电脉冲转换后产生的超声波。
所述第二换能器13将接收的所述第五超声波对应的第五回波发送至所述第一信号处理单元14，所述第一换能器12将接收的所述第六超声波对应的第六回波发送至所述第二信号处理单元15。
所述第一TDC16确定接收的第五处理回波和第六处理回波的第六时间差，所述第六处理回波为所述第二信号处理单元15对所述第六回波进行处理后得到的，所述第五处理回波为所述第一信号处理单元14对所述第五回波进行处理后得到的；
控制单元17根据第六时间差确定流体的实际流量。
图6所示为本发明实施例提供的上述实施例的一种具体实现方式，如图6所示，在图1所示的传统的超声波流量表基础上，增加一路比较放大器AMP’，使其与原有比较放大器一样可以选择两个方向的换能器回波信号。在本实施例中，上述的切换开关使用模拟开关来实现。原有比较放大器到第一TDC16测量的通路保留，在两路比较放大器输出信号后新增相位判断模块和次序调整归一模块。次序调整后得到需要测量的对应第一个沿和第二个沿的两个信号，送到TDC进行测量。
参照图6可知，本发明中的连接方式在具体的实现中可以是指直接连接，也可以是指耦合连接，例如，第一换能器12和脉冲发生器11之间为耦合连接，脉冲发生器11与第一TDC16之间为直接连接。
经过上述改造的超声波流量表，使用以下步骤优化测量质量：
步骤11.在第一个测量周期采用图1中只使用一个比较放大器的方法，进行测量得到时间差Tbwd-Tfwd；
步骤12.确定测量得到的流体的时间差是否小于第一预设值，如果小于第一预设值，则在下一个测量周期执行步骤3，如果大于第一预设值，则在下一个测量周期执行步骤1，且在本周期按照上述步骤11中测量得到的时间差进行流体的流量计算；
步骤13.控制单元17配置各比较放大器输入的模拟开关S和S′，使得第一比较放大器AMP141通过模拟开关S与第一换能器12连接，第二比较放大器AMP′151通过模拟开关S′与第二换能器13连接；
步骤14.第一换能器12和第二换能器13同时接收脉冲发生器11发送的超声电脉冲，第一换能器12和第二换能器13将接收到的超声电脉冲转换为超声波，并同时向对方发送该超声波；
其中，第一换能器12和脉冲脉冲发生器11之间设置换能器驱动器以及与门，其中，与门用于根据控制单元17以及脉冲发生器11的输入信号来向换能器12输出脉冲信号，换能器驱动器用于增加信号的驱动能力。
另外，第二换能器13和脉冲发生器之间也设置换能器驱动器以及与门，其原理与作用与第一换能器12的相同，不再赘述。
步骤15.第一换能器12收到的回波信号经模拟开关选择送到第一比较放大器141，第二换能器13收到的回波信号经模拟开关选择送到第二比较放大器151；
步骤16.第一比较放大器141输出放大整形后的回波信号经过窗口逻辑(第一窗口单元142)过滤，保留有效回波部分波形，第二比较放大器151输出放大整形后的回波信号经过窗口逻辑(第二窗口单元152)过滤，保留有效回波部分波形；
步骤17.相位判断单元181判断两个有效回波波形的相位关系，并据此调整，将相位在前的回波经e1口(第一处理单元的接口)输出，相位在后的经e2口(第二处理单元的接口)输出，送到第一TDC16进行时间差测量；
步骤18.如果此时的测量结果表明第一TDC16测量得到的时间差大于上述的第一预设值，则在下一个测量周期执行步骤1，如果此时的测量结果表明第一TDC16测量得到的时间差小于上述的第一预设值则在下一个周期切换模拟开关的位置，使比较放大器与换能器的关系对调(控制单元17配置各比较放大器输入的模拟开关，使得第一比较放大器141通过模拟开关S与第二换能器13连接，第二比较放大器151通过模拟开关S′与第一换能器12连接。)，并执行步骤14，且在本周期按照上述步骤17测量得到的时间差进行流体的流量计算。
其中，步骤17中测得的时间差为时间差值的绝对值，相位判断结果决定其符号位，代入式(1)即可直接得到流体的实际流速。
在上述方法中，当测定了流体的流速后，控制单元17可根据该流速得到流体的流量，具体得到流量的方法与现有技术中相同，此处不再赘述。
前面的方法需要通过只使用一个比较放大器的测量模式来确定是否进入步骤13，软件控制较为繁琐。事实上由于TDC一次测量所消耗电量很小，面积开销也不大，可以集成一个专用于判断是否进入步骤13的TDC。如图7所示，在图6的基础上，可以包括第二TDC19，在该种系统下，具体的测量方法为：
步骤21.控制单元17配置比较放大器输入的模拟开关，使得第一比较放大器141通过模拟开关S与第一换能器12连接，第二比较放大器151通过模拟开关S′与第二换能器13连接；
步骤22.第一换能器12和第二换能器13同时接收脉冲发生器11发送的超声电脉冲，第一换能器12和第二换能器13将接收到的超声电脉冲转换为超声波，并同时向对方发送该超声波；
步骤23.第一换能器12收到的回波信号经模拟开关选择送到第一比较放大器141，第二换能器13收到的回波信号经模拟开关选择送到第二比较放大器151；
步骤24.第一比较放大器141输出放大整形后的回波信号，经过窗口逻辑(第一窗口单元142)过滤，保留有效回波部分波形，第二比较放大器151输出放大整形后的回波信号，经过窗口逻辑(第二窗口单元152)过滤，保留有效回波部分波形；
步骤25.同时启用第一TDC16和第二TDC19，第二TDC19(执行现有技术中的方法)分别测量发送波到接收波的时间差，第一TDC16测量两个回波之间的时间差；
步骤26.第二TDC19测量被测信号到时钟沿的时间差；
步骤27.相位判断单元181判断有效回波波形的相位关系，并据此调整，将相位在前的回波经e1口(第一处理单元的接口)输出，相位在后的经e2口(第二处理单元的接口)输出，送到第一TDC16进行时间差测量；
步骤28.控制单元17判断第二TDC19测量得到的时间差是否小于第二预设值，如果第二TDC19测量得到的时间差小于第二预设值则选择第一TDC16的测量结果进行流体的流量计算，如果第二TDC19测量得到的时间差大于第二预设值则选择第二TDC19测量得到的时间差进行流体的流量计算；
步骤29.切换模拟开关的位置，使比较放大器与换能器的关系对调，控制单元17配置比较放大器输入的模拟开关，使得第一比较放大器141通过模拟开关S与第二换能器13连接，第二比较放大器151通过模拟开关S′与第一换能器12连接，执行步骤22。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储记忆体(Read-Only Memory，简称为：ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，简称为：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种流体流量测量系统，其特征在于，所述系统包括：信号生成单元、第一信号处理单元、第二信号处理单元、和第一时间数字转换器TDC；
所述第一TDC的一端与所述信号生成单元连接，所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元的一端以及所述第二信号处理单元的一端连接；
所述第一信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；
所述第二信号处理单元的另一端与所述信号生成单元连接；
所述信号生成单元生成第一回波以及第二回波，并分别发送给所述第二信号处理单元以及所述第一信号处理单元；
所述第一信号处理单元对接收到的所述第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将所述第二处理回波发送至所述第一TDC；
所述第二信号处理单元对接收到的所述第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将所述第一处理回波发送至所述第一TDC；
所述第一TDC确定接收的所述第一处理回波和所述第二处理回波的第一时间差；
所述信号生成单元还根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量；
所述信号生成单元包括：控制单元、脉冲发生器、第一换能器以及第二换能器；
所述脉冲发生器的一端与所述控制单元连接，所述脉冲发生器的另一端分别与所述第一换能器的第一端以及所述第二换能器的第一端连接；
所述第一TDC的一端与控制单元连接，所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元以及所述第二信号处理单元连接；
所述第一换能器的第一端与所述第二换能器的第一端连接；
所述第一换能器的第二端与所述第一信号处理单元连接；
所述第二换能器的第二端与所述第二信号处理单元连接；
所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第一超声电脉冲；
所述第一信号处理单元对所述第一换能器所发送的第二回波进行处理，生成第二回波对应的第二处理回波，并将所述第二处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第二回波为所述第一换能器接收的所述第二换能器所发送的第二超声波所对应的回波；
所述第二信号处理单元对所述第二换能器所发送的第一回波进行处理，生成第一回波对应的第一处理回波，并将所述第一处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第一回波为所述第二换能器接收的所述第一换能器所发送的第一超声波所对应的回波；
所述第一换能器发送所述第一超声波的同时所述第二换能器发送所述第二超声波；
所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：相位控制单元，
所述第一TDC的另一端分别与所述第一信号处理单元以及所述第二信号处理单元连接，包括：
所述第一TDC的另一端通过所述相位控制单元分别与所述第一信号处理单元以及所述第二信号处理单元连接；
所述第一TDC确定接收的第一处理回波和第二处理回波的第一时间差具体包括：
所述相位控制单元接收所述第一处理回波和所述第二处理回波，并确定所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系；
所述第一TDC根据所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系确定所述第一时间差。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一信号处理单元包括：第一比较放大器和第一窗口单元；
所述第一比较放大器用于将所述第二回波进行放大整形；
所述第一窗口单元用于对放大整形后的所述第二回波进行滤波处理，以获取所述第二处理回波。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述第二信号处理单元包括：第二比较放大器和第二窗口单元；
所述第二比较放大器用于将所述第一回波进行放大整形；
所述第二窗口单元用于对放大整形后的所述第一回波进行滤波处理，以获取所述第一处理回波。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述相位控制单元包括：相位判断单元和相位调整单元；所述第一TDC包括：用于接收相位在前的信号的第一处理单元，用于接收相位在后的信号的第二处理单元、时间差计算单元；
所述相位判断单元判断所述第一处理回波和所述第二处理回波的相位关系；
所述相位调整单元根据所述相位判断单元的判断结果，将相位在前的信号输出至所述第一处理单元，将相位在后的信号输出至所述第二处理单元；
所述时间差计算单元确定所述第一处理单元中的信号与所述第二处理单元中的信号之间的时间差。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元在控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第一超声电脉冲之前，还包括：
所述控制单元控制所述脉冲发生器向所述第一换能器发送第二超声电脉冲；
所述第一信号处理单元对所述第二换能器所发送的第三回波进行信号处理，并将经信号处理的所述第三回波发送至所述第一TDC，其中，所述第三回波为所述第二换能器接收的所述第一换能器所发送的第三超声波所对应的回波；
所述第一TDC接收所述第一信号处理单元发送的经信号处理后的所述第三回波，并根据信号处理后的所述第三回波获取第二时间差；
所述第一信号处理单元对所述第一换能器所发送的第四回波进行处理，并将经信号处理的所述第四回波发送至所述第一TDC，其中，所述第四回波为所述第一换能器接收的所述第二换能器所发送的第四超声波所对应的回波；
所述第一TDC接收所述第一信号处理单元发送的经信号处理后的所述第四回波，并根据信号处理后的所述第四回波获取第三时间差；
所述第一TDC根据所述第二时间差和所述第三时间差确定所述流体的第四时间差；
所述控制单元还用于判断所述第四时间差是否小于第一预设值，
若所述第四时间差小于第一预设值，则所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送所述第一超声电脉冲；
若所述第四时间差大于等于所述第一预设值，则所述控制单元根据所述第四时间差确定所述流体的实际流量。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：第二TDC；
所述第二TDC的一端与所述控制单元连接，所述第二TDC的另一端与所述第一信号处理单元连接；
所述第二TDC用于测量所述第一换能器发送所述第一超声波至所述第二换能器接收所述第一回波的第一时间，以及测量所述第二换能器发送所述第二超声波至所述第一换能器接收所述第二回波的第二时间；
所述第二TDC根据所述第一时间和所述第二时间获取所述流体的第五时间差；
所述控制单元根据所述第五时间差确定所述流体的实际流量；
其中，所述控制单元根据所述第五时间差确定所述流体的实际流量具体包括：
所述控制单元判断所述第五时间差是否小于第二预设值，
若所述第五时间差小于所述第二预设值，则所述控制单元根据所述第五时间差确定所述流体的实际流量；
若所述第五时间差大于等于所述第二预设值，则所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量。
8.根据权利要求1-3或5-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制单元根据所述第一时间差确定所述流体的实际流量之后，还包括：
所述控制单元控制所述脉冲发生器同时向所述第一换能器和所述第二换能器发送第四超声电脉冲；
所述第一信号处理单元对所述第二换能器所发送的第五回波进行处理，生成第五回波对应的第五处理回波，并将所述第五处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第五回波为所述第二换能器接收的所述第一换能器所发送的第五超声波所对应的回波；
所述第二信号处理单元对所述第一换能器所发送的第六回波进行处理，生成第六回波对应的第六处理回波，并将所述第六处理回波发送至所述第一TDC，其中，所述第六回波为所述第一换能器接收的所述第二换能器所发送的第六超声波所对应的回波；
所述第一TDC确定接收的第五处理回波和第六处理回波的第六时间差；
所述控制单元根据所述第六时间差确定所述流体的实际流量。
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