CN108369242A - 改进的波束成形声学信号行进时间流量计 - Google Patents

Abstract

用于确定流体管道中的流速的方法和对应的装置。向所述流体管道提供第一、第二和第三超声换能器，其中换能器之间的相应连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部。将第一和第二测量信号施加到所述第一超声换能器且分别在所述第二和所述第三超声换能器处接收。所述测量信号包括响应信号相对于时间的相应反转信号部分。测量相应的第一和第二响应信号，且从所述第一和第二响应信号中的至少一个导出所述流速。

Description

改进的波束成形声学信号行进时间流量计

技术领域

当前应用涉及流量计，且特定来说涉及超声行进时间流量计。

背景技术

不同类型的流量计当前在使用中用于测量通过管路的例如液体或气体等流体的体积流量。超声流量计是利用声学多普勒效应的多普勒流量计，或利用源和介质的相对运动所导致的传播时间差的行进时间流量计(有时也被称为发射流量计)。行进时间也称为飞行时间或运送时间。

超声行进时间流量计评估流动方向中以及逆着流动方向传播的超声脉冲的传播时间差。超声流量计提供为直插式流量计(也被称作侵入性或润湿流量计)，或提供为钳式流量计(也被称作非侵入性流量计)。其它形式的流量计包含文丘里通道(Venturichannel)、溢出槛(overflow sill)、雷达流量计、科氏流量计(Coriolis flow meter)、差压流量计、磁性电感流量计和其它类型的流量计。

当存在不规则流剖面或明渠时，可能必需一个以上传播路径来确定平均流速。其中，在例如IEC 41或EN ISO 6416等比重测定标准中描述多路径程序。作为另一应用，还使用超声流量计来测量流剖面，例如利用声学多普勒电流剖面仪(ADCP)。ADCP还适于测量河流和开放水域中的水速和排水量。

发明内容

本说明书的一目标是提供一种改进的运送时间流量计和一种用于测量大体来说流体且确切地说例如水等液体或气体的平均流速或流剖面的对应的计算机实施的方法。

在根据本说明书的流量测量装置中，例如呈压电元件的形式的声音换能器(也被称作压电换能器)用于产生和接收测试信号和测量信号。

替代的声音发射器包括激发金属隔膜或其它光吸收表面以振动的激光器，或线圈驱动的扩音器。还可以其它方式产生压力波。接收器侧还可由不同于压电换能器但检测超声波的其它构件表示。

尽管当前描述中常常使用术语“压电换能器”，但其还表示产生或检测超声波的其它声波换能器。

根据本说明书的测量信号可由匹配滤波器建模。如果急剧地成峰状的脉冲用作探针或测试信号，那么换能器处的所接收信号为流体的管道或通道的脉冲响应。根据本申请案，相对于时间的脉冲响应的倒转型式在相反方向上或在相同方向上经由与测量信号相同的信道发送回去。这分别导致在原始源所处的起点处具有峰值的信号，或导致在原始接收器处具有峰值的信号。

相对于时间的倒转可以若干方式实现。如果模拟构件用于记录响应信号，那么可在反转模式中播放所记录的响应信号。如果数字构件用于记录响应信号的样本，那么所记录样本的次序反转以便获得倒转信号。这可通过使每一所记录样本的时戳的值倒转(通过将相应时间值乘以(-1))来实现。如果根据时戳值的升序播放，那么所记录样本以相反次序播放。换句话说，倒转响应信号是所记录响应信号，但反向播放。

根据本说明书的超声流量计通过使用针对超声流量计的上述倒转信号或类似成形的信号以形成响应信号来提供聚焦性质，所述响应信号在空间和时间上都是集中的。这继而产生接收压电元件处的较高振幅和较好的信噪比。

利用根据本说明书的超声流量计，可在极其普通的条件下获得聚焦和波束成形性质。举例来说，如果倒转信号的时间分辨率足够，那么即使当激发仅一个超声发射器时且即使当倒转信号经简化成振幅范围仅粗略数字化的信号时，也获得聚焦性质。此外，根据本说明书的流量计可以与钳式换能器一起使用，所述钳式换能器易于定位在管路上且并不需要修改管路。

在根据本说明书的超声流量计中，确保钳式换能器的良好耦合和定向性且减少散射的技术特征可能不是必需的，或相反，甚至省略所述技术特征可能改进波束成形特性。为了提供增加的散射，可选择适于液体的折射率的耦合材料，或可使用换能器与换能器耦合，这提供更多剪切波。

优选地，根据本说明书的流量计中使用的声波的频率在>20kHz和2MHz之间，这对应于0.5微秒(μs)的振荡周期，但其甚至可高达800MHz。在许多情况下，超声流量计在数百kHz或更高的频率下在远高于听力阈值的条件下操作。运送时间超声流量计的频率通常在kHz范围中或MHz范围中。

根据一个方面，当前说明书公开一种用于使用发射时间超声流量计确定流体管道或通道，确切地说管路或管件中流体的流速的计算机实施的方法。在优选实施例中，“计算机实施”指代在例如微处理器、ASIC、FPGA等小规模电子组件上执行，所述小规模电子组件可以在通常具有比工作站或大型主机计算机小的尺寸且可放置在沿着流体管路的所需位置处的便携式或紧凑型静止数字信号处理装置中使用。

在下文中，术语“通道”、“管道”、“通路”等用作同义词。本申请案的标的物可应用于流体的所有类型的管道，而与其相应形状无关且与其打开还是关闭无关。本申请案的标的物还可应用于所有类型的流体或气体，不论其是气体还是液体，或是两者的混合物。

贯穿本申请案，常常使用术语“计算机”。尽管计算机包含例如膝上型计算机或台式计算机等装置，但信号发射和接收还可由微控制器、ASIC、FPGA等进行。

此外，换能器之间的连接线可相对于流体管道的中心偏移以便获得预定层中的流速，且可存在一对以上换能器。此外，测量信号可由一个以上换能器提供，且/或对于测量信号的响应信号可由一个以上换能器测量。

时间间隔中的信号s(t)的信号能量E可依据表达式或其离散型式定义，其中所述时间间隔分别由[T1,T2]或[m*Δt,n*Δt]给出。

测量信号的前沿部分可对在空间和时间上成峰状的信号的产生作出重大贡献。

在一些特定实施例中，测量信号或响应信号可由经振幅调制的振荡信号提供，所述经振幅调制的振荡信号相对于振幅例如以1位和12位之间的分辨率数字化。这可提供计算速度和存储器空间方面的益处，且甚至可产生增加的信号峰值。确切地说，本说明书的图中展示的数据已经以12位分辨率获得，图30-35除外，图30-35已经以比12位粗略的分辨率获得。

根据另一实施例，施加到换能器的测量信号可包括振荡信号，其根据0-1调制而调制从而提供预定振幅或无振幅，或换句话说零振幅。

根据另一方面，公开一种用于在行进时间超声流量计中测量流速的装置。所述装置包括：第一连接器，其用于连接第一压电元件；第二连接器，其用于连接第二压电元件；任选的数/模转换器(DAC)，其连接到第一连接器；以及任选的模/数转换器(ADC)，其连接到第二连接器。

此外，所述装置包括计算机可读存储器、电子计时器或振荡器、用于将脉冲信号发送到第一连接器的发射单元，以及用于从第二连接器接收对于脉冲信号的响应信号的接收单元。

术语流的速率、流速率和流速在本申请案中用作同义词。

虽然所述装置可提供为无A/D和D/A转换器且无计算机可读存储器单元的模拟装置，但也可能为所述装置或其部分提供数字计算机系统。

确切地说，例如速度处理单元、选择单元和倒转单元等各种信号处理单元可由专用电子组件或由具有计算机可读指令集的程序存储器完全或部分提供。类似地，发射单元的测量信号产生器和脉冲信号产生器可由专用电子组件完全或部分提供，所述专用电子组件可包括计算机可读指令集。

根据另一实施例，所述装置包括包含上述ADC的直接数字信号合成器(DDS)。所述DDS包括频率控制寄存器、参考振荡器、数控振荡器和重建低通滤波器。此外，ADC可经由重建低通滤波器连接到第一和第二连接器。

此外，当前说明书公开一种流量测量装置，其具有连接到第一连接器的第一压电换能器，且具有连接到第二连接器的例如压电换能器等第二超声换能器。确切地说，例如压电换能器等超声换能器可具备附接区，例如用于将其附接到管路的夹持机构。

此外，当前说明书公开一种具有管路部分的流量测量装置。例如压电换能器等第一超声换能器在第一位置处安装到管路部分，且例如压电换能器等第二超声换能器在第二位置处安装到管路部分。确切地说，换能器可夹持到管路部分。当装置相对于管路部分预校准时，为装置提供管路部分可提供益处。

所述装置可制造成紧凑式且便携式的。装备有例如钳式换能器等表面安装式换能器的根据本说明书的便携式装置可用于在任何可接近的位置上检查管路。一般来说，所述装置可以是静止或便携式的。优选地，所述装置充分紧凑以放置在所需位置处且充分受保护以免受例如湿度、热和腐蚀性物质等环境条件影响。

此外，当前说明书公开一种用于执行根据本说明书的流量测量方法的计算机可读代码、包括所述计算机可读代码的计算机可读存储器和专用电子组件，所述专用电子组件可操作以执行根据当前说明书的方法的方法步骤。

确切地说，所述专用电子组件可由包括上述计算机可读存储器的电子组件提供，例如EPROM、EEPROM、快闪存储器等。根据其它实施例，所述专用电子组件由具有硬接线或具有可配置电路的组件提供，例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。

在另一实施例中，根据当前说明书的专用电子组件由多个互连电子组件(例如由FPGA)提供，所述FPGA在多裸片布置中连接到合适编程的EPROM。专用电子组件的其它实例为可编程集成电路，例如可编程逻辑阵列(PLA)和复合可编程逻辑装置(CPLD)。

根据本申请案，确定是否现成的测试装置正测量流体管道中流体的流速是有帮助的。为此目的，为流体管道提供相对于所述流体管道具有预定速度的流体。测试脉冲信号施加到第一超声换能器，例如测试装置的压电换能器，所述第一压电换能器在第一位置处安装到流体管道，然后在测试装置的第二压电换能器处接收测试脉冲信号的测试响应信号，例如压电换能器等第二超声换能器在第二位置处安装到流体管道。

此外，本说明书公开一种用于在具有三个或三个以上超声换能器的布置中使用预定测量信号确定流体管道中流体的流速的计算机实施的方法。所述预定信号包括第一测量信号和第二测量信号。

向流体管道提供相对于所述流体管道具有预定速度的流体。此外，向流体管道提供第一超声换能器、第二超声换能器和第三超声换能器。确切地说，第二换能器和第三换能器可放置成相对于第一换能器以及相对于管道的纵向方向隔一段距离。

换能器经布置使得第一超声换能器、第二超声换能器和第三超声换能器之间的相应连接线延伸到流体管道的对称轴外部。确切地说，所述连接线可相对于管道的平均直径或相对于管道的平均半径偏移5％或更大或10％或更大。

举例来说，管道的平均半径可相对于对称轴上的参考点定义为

或定义为等。

第一预定测量信号施加到第一超声换能器，且例如通过检测第二超声换能器发射的电压而测量第二超声换能器处接收的第一预定测量信号的第一响应信号。

同样，第二预定测量信号施加到第一超声换能器，且测量第三超声换能器处接收的第二预定测量信号的第二响应信号。

第一预定测量信号和第二预定测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。

确切地说，可从与测量信号相同对的换能器之间发送的脉冲信号产生相应测量信号。测量信号的产生可通过实际测量、通过模拟或通过两者的组合来实行。

测量信号可在与产生其的脉冲信号相同的方向上或相反的方向上发送。确切地说，如果在从脉冲信号产生测量信号所借助的校准过程期间流体正相对于管道移动，那么出于稳定性原因可能有利的是，在与脉冲信号相同的方向上发送测量信号。

换句话说，在测量阶段，发送换能器和接收换能器的序列可与用于产生测量信号的先前校准阶段中相同，或者，其可通过使用先前发送换能器作为接收换能器且先前接收换能器作为发送换能器而反转。

一般来说，第一测量信号适于不同于第二测量信号的发射信道的发射信道或路径。借此，第一测量信号和第二测量信号通常彼此不同。此外，通过将脉冲信号从第一换能器发送到第二换能器而获得的测量信号通常不同于通过在相反方向上将脉冲信号从第二换能器发送到第一换能器而获得的测量信号。

大体来说，发送换能器和接收换能器之间压力信号的信号传播不仅包括直线传播，而且还可包括管道壁处的一个或多个反射和/或管壁内的散射过程。

确切地说，上述方法可以在飞行时间(TOF)流量测量中使用。为了TOF测量，在相反方向中重复施加第一测量信号和测量对应的响应信号以及施加第二测量信号和测量对应的响应信号的步骤以获得对应的第一相反方向和第二相反方向响应信号。

如上文所解释，“在相反方向中”执行测量指代实行测量步骤使得交换相应换能器的角色，或换句话说，使得先前发送换能器用作接收换能器且先前接收换能器用作发送换能器。

因此，如果在测量信号具有流体流动方向中的速度分量的意义上，第一测量包括在流体流动方向中发送测量信号，那么“在相反方向中”的对应测量包括逆着流体流动方向发送测量信号。

对于相应的第一测量信号和第二测量信号的第一响应信号和第二响应信号用于导出流体的一个或多个流速。确切地说，第一响应信号可用于确定包括第一换能器和第二换能器之间的连接线的流体层中的流速，且第二响应信号可用于确定包括第一换能器和第三换能器之间的连接线的流体层中的流速。

根据适于飞行时间测量的另一实施例，将第一预定相反方向测量信号施加到第二超声换能器，且测量第二超声换能器处的第一相反方向测量信号的第一相反方向响应信号。

类似地，将第二相反方向测量信号施加到第三超声换能器，且测量第一超声换能器处接收的第二测量信号的第二相反方向响应信号。

第一相反方向测量信号和第二相反方向测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。“对应的脉冲信号”指代与对应测量信号相同对的换能器之间发送的脉冲信号。

从第一响应信号、第一相反方向响应信号、第二响应信号和第二相反方向响应信号中的至少一个导出流体的流速。确切地说，第一响应信号和第一相反方向响应信号可用于使用飞行时间方法导出流速。类似地，第二响应信号和第二相反方向响应信号可用于使用飞行时间方法导出流速。

在还使用在三个换能器的上述布置中从第二换能器行进到第三换能器的测量信号的另一实施例中，测量进一步包括以下步骤。

第三测量信号施加到第二超声换能器，且测量第三超声换能器处的第二测量信号的第三响应信号。

类似于上述实施例，第三预定测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。

从第三响应信号导出流体的至少一个流速。出于确定所述至少一个流速的目的，还可以使用第一响应信号、第一相反方向响应信号、第二响应信号和第二相反方向响应信号。

在适于使用飞行时间方法确定第二换能器和第三换能器之间的流体层中的流速的另一实施例中，所述方法进一步包括以下步骤。

将第三相反方向测量信号施加到第三超声换能器，且测量第二超声换能器处接收的第三相反方向测量信号的第三相反方向响应信号。

类似于上述实施例，第三相反方向测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。

流体的至少一个流速从第三响应信号和第三相反方向响应信号导出。出于确定所述至少一个流速的目的，还可以使用第一响应信号、第一相反方向响应信号、第二响应信号和第二相反方向响应信号。

根据适于在至少两个钳式换能器的布置的情况下确定流体管道中的流速的另一计算机实施的方法，向所述流体管道提供具有相对于流体管道的预定速度的流体。

此外，向流体管道提供第一超声钳式换能器和第二超声钳式换能器。优选地，第二超声钳式换能器相对于第一超声钳式换能器在管道的纵向方向中偏移。

钳式换能器经布置使得第一超声钳式换能器和第二超声钳式换能器之间的直线连接线延伸到流体管道的对称轴外部。确切地说，所述连接线可相对于对称轴偏移5％或更大，或者相对于管道的平均直径或相对于管道的平均半径偏移10％或更大。

预定测量信号施加到第一超声钳式换能器，且测量第二超声钳式换能器处接收的测量信号的响应信号。

类似于上述实施例，预定测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。从响应信号导出流体的流速。

类似于上述实施例，测量阶段还可包括在相反方向上发送测量信号。确切地说，所述方法可包括将预定相反方向测量信号施加到第二超声钳式换能器，以及测量第二超声钳式换能器处的相反方向测量信号的相反方向响应信号。

类似于上述实施例，相反方向测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。确切地说通过使用飞行时间方法，从响应信号以及从相反方向响应信号导出流体的流速。

针对可提供为湿式换能器或提供为钳式换能器的至少三个超声换能器的上述布置的测量方法以同样方式也适用于钳式换能器的对应布置。

钳式换能器可在将声学信号集中在管道上的特定位置处的情境(其也称为“波束成形”)中提供特定优点。通过利用与管道以及任选地还与耦合件的交互，相比于湿式换能器，钳式换能器的声波可散布到较宽角度或在更多方向中散布。耦合件允许根据斯涅尔定律(Snell's law)导向声波，并且帮助产生更多模式和散射。

根据本说明书相对于时间的倒转可随后用于产生测量信号，其通过叠加与沿着不同路径行进的各种信号分量相加，且借此在其中可放置接收换能器的管道的特定位置处产生较高信号振幅。

以下提及的关于重复测量和测量信号的产生过程中的数字化步骤的修改可应用于根据本说明书的所有换能器布置。

在上述实施例中，施加脉冲信号和接收对应响应信号的步骤重复多次，且获得多个响应信号。确切地说，重复测量可涉及两个换能器的给定组合。随后从所接收响应信号的平均值导出例如第一和第二测量信号等相应测量信号。

确切地说，上述实施例中相应测量信号的导出可包括相对于振幅数字化对应的响应信号或从其导出的信号。根据一个实施例，重复改变相应测量信号的位分辨率和测量对于测量信号的响应信号的步骤，直至发现产生具有最高最大振幅的响应信号的测量信号。随后将具有对应位分辨率的测量信号选定为测量信号。

根据一个特定实施例，增加数字化信号的位分辨率以用于增加对于相应测量信号(例如第一和第二测量信号)的响应信号的振幅。借助于实例，在预定步骤中增加位分辨率，且选择产生具有最高振幅的响应信号的位分辨率，并将测量信号的对应表示存储在计算机存储器中。

根据另一特定实施例，减小或降低数字化信号的位分辨率以用于增加对于相应测量信号的响应信号的振幅。借助于实例，在预定步骤中减小位分辨率，且选择产生具有最高振幅的响应信号的位分辨率，并将测量信号的对应表示存储在计算机存储器中。

确切地说，相对于振幅的数字化信号的位分辨率可挑选为低位分辨率。举例来说，低分辨率可在1位和8位分辨率之间，或其可在1位分辨率和64位分辨率之间。

根据一个特定实施例，处理对于测量信号的响应信号中的至少一个以用于确定管道的壁厚的改变，或用于通过确定纵向和横向声波特性来确定管道壁的材料特性。举例来说，可从接收或响应信号的对应部分(其对应于声波的不同到达时间)导出横波和纵波特性。

根据另一实施例，所述方法包括先前校准，其中从对于脉冲信号的响应信号产生相应测量信号。所述校准可在工厂环境中或还在方法的操作期间实行。以下提及的校准可以相同方式适用于数对两个换能器的所有组合，且所述校准可相对于一对换能器在仅一个方向上或相对于该对换能器在两个方向上实行。在前一情况下，获得用于该对换能器的一个测量信号，且在后一情况下获得用于该对换能器的两个测量信号。

在校准阶段期间，向流体管道提供相对于流体管道静止或相对于流体管道以预定速度移动的流体。

第一脉冲信号施加到第二超声换能器，且第一脉冲信号的第一响应信号在第一超声换能器处接收。

类似地，第二脉冲信号施加到第三超声换能器，且所述至少一个脉冲信号的第二响应信号在第一超声换能器处接收。

第一测量信号从第一响应信号导出，且第二测量信号从第二响应信号导出。

相应第一和第二测量信号的导出包括选择相应第一和第二响应信号或从其导出的信号的信号部分，且使所述信号部分相对于时间反转。

换句话说，选择第一响应信号的一部分且使其相对于时间倒转或反转，且使用倒转信号部分产生第一测量信号。类似地，选择第二响应信号的一部分且使其相对于时间倒转或反转，且使用倒转信号部分产生第二测量信号。

第一预定测量信号和第二预定测量信号供稍后使用。如上文所提及，相同校准过程可用于两个换能器的每一组合。

一般来说，校准也在相反方向上实行以避免或补偿不稳定性。取决于在零流零还是非零流量条件下执行校准。可能有利的是在两个方向上提供校准，且在任一方向中使用两个所产生的测量信号中的每一个。

换句话说，如果在测量过程期间第一换能器是发送换能器且第二换能器是接收换能器，那么可能已通过将脉冲信号从第一换能器发送到第二换能器或通过将脉冲信号从第二换能器发送到第一换能器来产生测量信号。

可针对每一对两个换能器实行类似校准过程。确切地说，校准过程可针对包括第一、第二和第三换能器的上述三个换能器布置的每一对换能器以类似方式实行。

在两个或两个以上钳式换能器的布置的特定情况中，可通过以下步骤实行校准。向流体管道提供流体。所述流体确切地说具有相对于流体管道的预定速度。

将脉冲信号提供到第一超声钳式换能器或提供到第二超声钳式换能器。随后，在两个超声换能器中的另一个处接收脉冲信号的响应信号，且从响应信号导出测量信号。类似地，可在第二超声钳式换能器处提供脉冲信号，且可在第一超声钳式换能器处接收响应信号。

本文中，测量信号的导出包括选择相应响应信号或从其导出的信号的信号部分，且使所述信号部分相对于时间反转。测量信号经存储以供稍后在测量过程期间使用，确切地说用于确定流体的流速。

根据本说明书的脉冲信号可指代单一脉冲信号。大体来说，脉冲信号指代具有在短时间周期内集中的信号能量的信号。在特定实施例中，脉冲信号仅在几个载波振荡周期内持续，例如10-20个振荡周期或更少。

确切地说，脉冲信号的包络可具有矩形形状，但其它形状也是可能的。举例来说，脉冲信号可对应于单次峰值或单一脉冲、短矩形突发或任何其它信号形状，例如三角形锯齿形状、方波、啁啾、正弦波或预定噪声突发(例如白噪声或粉红噪声，其也被称为1/f噪声)。校准方法与脉冲信号的几乎任何信号形状一起工作。

在另一实施例中，对应响应信号被发送和接收多次，借此获得多个响应信号，且从所接收响应信号的平均值导出相应测量信号。

确切地说，相应测量信号的导出可包括相对于振幅数字化对应的响应信号或从其导出的信号。

如上文进一步提及，增加数字化信号的位分辨率以用于增加对于相应测量信号的响应信号的振幅。在一个特定实施例中，在用于对应于不同位分辨率的测量信号的管道的预定位置处测量对于所产生的测量信号的响应信号的振幅。随后选择具有最高振幅的测量信号并将其存储在存储器中以供稍后使用。

还可通过减小数字化信号的位分辨率直至检测到具有高振幅的测量信号的响应信号来提供类似程序，且对应的测量信号随后存储在存储器中以供稍后使用。

确切地说，相对于振幅的数字化信号的位分辨率可挑选为低位分辨率，例如1位和10位之间的分辨率。

此外，本说明书公开一种具有用于执行上述流量测量方法中的一个的计算机可读指令的计算机可读程序代码。此外，本说明书还公开一种具有计算机可读程序代码的计算机可读存储器和一种专用电子组件，所述专用电子组件可操作以执行上述流量测量方法。

此外，本说明书公开一种用于测量具有三个换能器布置的管道中流体的流速的装置。所述装置操作以执行行进时间或飞行时间流量测量。

所述装置包括用于连接第一超声元件的第一连接器、用于连接第二超声元件的第二连接器，和用于连接第三超声元件的第三连接器。

此外，所述装置包括用于发送脉冲信号和用于发送测量信号的发射单元、用于接收响应信号的接收单元，以及处理单元。提供发射单元、接收单元和处理单元用于从第一倒转信号导出第一测量信号，用于从第二倒转信号导出第二测量信号，以及用于存储第一测量信号和第二测量信号。

类似于上述实施例，倒转信号的导出包括使对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号的信号部分相对于时间反转。

处理单元、发射单元和接收单元操作以将第一预定测量信号施加到第一连接器，且操作以在第二连接器处接收第一测量信号的第一响应信号。

此外，处理单元、发射单元和接收单元操作以将第二测量信号施加到第一连接器，且操作以在第三连接器处接收第二测量信号的第二响应信号，且操作以从第一响应信号和第二响应信号中的至少一个导出流体的流速。

此外，处理单元、发射单元和接收单元可操作以执行上文相对于三个换能器的三个换能器布置描述的其它测量和校准方法中的任一个，所述换能器可以是湿式换能器或钳式换能器。

确切地说，信号的施加可包括从计算机存储器检索所存储信号且产生对应的电信号，所述对应的电信号随后通常借助于线缆发射到换能器。此外，处理单元操作以从第一响应信号和第二响应信号中的至少一个导出流体的流速。

确切地说，连接器、发射单元、接收单元和处理单元可由行进时间超声流量计或其部分，且确切地说由便携式行进时间超声流量计或其部分提供。

在另一方面中，本说明书公开一种用于在具有至少两个钳式换能器的布置中测量管道中流体的流速的装置。确切地说，

所述装置包括第一连接器、连接到所述第一连接器的第一超声钳式换能器。类似地，所述装置包括第二连接器，和连接到所述第二连接器的第二超声钳式换能器。

此外，所述装置包括管道的一部分，第一超声钳式换能器在第一位置处安装到所述管道部分，且第二超声钳式换能器在第二位置处安装到所述管道部分。

钳式换能器经布置使得第一超声换能器和第二超声换能器之间的相应连接线延伸到流体管道的对称轴外部。

类似于上述装置，所述装置包括用于发送脉冲信号和用于发送测量信号的发射单元、用于接收响应信号的接收单元，和用于从倒转信号导出测量信号的处理单元。

类似于上述实施例，倒转信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分。

处理单元、发射单元和接收单元操作以将测量信号施加到第一连接器，操作以在第二连接器处接收第一(预定)测量信号的响应信号，且操作以从响应信号导出流体的流速。

此外，装置的处理单元、发射单元和接收单元可操作以执行上文相对于具有第一钳式换能器和第二钳式换能器的布置描述的其它测量和校准方法中的任一个。

在另一实施例中，所述装置包括连接到相应连接器的D/A转换器，和连接到相应连接器的A/D转换器。此外，所述装置包括用于存储所述至少一个测量信号的计算机可读存储器。

根据另一实施例，所述装置包括包含ADC的直接数字信号合成器、频率控制寄存器、参考振荡器、数控振荡器和重建低通滤波器。ADC可经由重建低通滤波器连接到相应的连接器。

根据另一方面，当前说明书公开一种用于确定给定测试装置或测试中的装置是否正根据上述测量方法测量流体管道中流体的流速的计算机实施的方法。所述测试方法并不提供使用相同方法的数学证明，而是提供概率，这对于实务用途已足够。

根据此方法，向流体管道提供具有相对于流体管道的预定速度的流体。

向所述流体管道提供第一超声换能器和第二超声换能器，其安装在相应的第一和第二位置处。

测试脉冲信号施加到测试装置的第一超声换能器，且在测试装置的第二超声换能器处接收测试脉冲信号的测试响应信号。

从第一响应信号导出第一测试测量信号，其中第一测量信号的导出包括使相应的第一或第二响应信号或其部分相对于时间反转。

第一测试测量信号与测试装置的换能器处发射的第一测量信号进行比较。如果第一测试测量信号和第一测量信号类似，那么确定测试装置正使用根据权利要求1到5中任一权利要求的确定流体管道中流体的流速的方法。

确切地说，此方法可针对权利要求1到5中的一个中提及的每一对换能器执行，且如果所获得的测量信号对于每一对此类换能器是类似的，那么检测到使用对应的方法。

具体地说，相对于权利要求1的方法，对应的测试方法可进一步包括：向流体管道提供第三超声换能器；将测试脉冲信号施加到测试装置的第一超声换能器或施加到测试装置的第二超声换能器；在测试装置的第三超声换能器处接收测试脉冲信号的第二测试响应信号；从第二测试响应信号导出第二测试测量信号；以及将第二测试测量信号与测试装置的换能器处发射的第二测量信号比较。

如果第一测试测量信号和第一测量信号类似，那么确定测试装置正使用根据权利要求1的确定流体管道中流体的流速的方法。

附图说明

现相对于以下图式更详细地阐述本说明书的标的物，图式中

图1展示具有两个压电元件的第一流量计布置，

图2展示图1的流量计布置，一个直达信号和两个散射信号，

图3展示当在流动方向上检视时图1的流量计布置，

图4展示具有四个压电元件和四个直达信号的第二流量计布置，

图5展示当在流动方向上检视时图4的流量计布置，

图6展示测试信号的示意图，

图7展示测试信号响应的示意图，

图8展示倒转信号的示意图，

图9展示来自倒转信号的响应的示意图，

图10展示高分辨率的第一倒转信号，

图11展示图10的倒转信号的响应，

图12展示高分辨率的另一倒转信号，

图13展示图12的倒转信号的响应，

图14展示高分辨率的另一倒转信号，

图15展示图14的倒转信号的响应，

图16展示高分辨率的另一倒转信号，

图17展示图16的倒转信号的响应，

图18展示高分辨率的另一倒转信号，

图19展示图18的倒转信号的响应，

图20展示高分辨率的另一倒转信号，

图21展示图20的倒转信号的响应，

图22展示高分辨率的另一倒转信号，

图23展示图22的倒转信号的响应，

图24展示高分辨率的另一倒转信号，

图25展示图24的倒转信号的响应，

图26展示高分辨率的另一倒转信号，

图27展示图26的倒转信号的响应，

图28展示12位分辨率的另一倒转信号，

图29展示图28的信号的响应，

图30展示3位分辨率的另一倒转信号，

图31展示图30的信号的响应，

图32展示2位分辨率的另一倒转信号，

图33展示图32的信号的响应，

图34展示1位分辨率的另一倒转信号，

图35展示图34的信号的响应，

图36展示图1的流量计的压电元件处的短脉冲，

图37展示图1的流量计的压电元件的信号，其是从图36的信号的倒转响应导出，

图38展示图37的信号的响应，

图39展示上游和下游交叉相关函数，

图40展示图39的截面放大，

图41展示倒转信号的响应信号，对照压电元件的相对布置存在12度未对准，

图42展示根据本说明书用于流量测量的多对一传感器布置，

图43展示根据本说明书用于流量测量的一对多传感器布置，

图44展示根据本说明书用于层中的流量测量的一对一传感器布置，

图45展示根据本说明书用于多层中的流量测量的多传感器布置，

图46展示根据本说明书用于测量流速的装置，

图47展示供在图46的装置中使用的直接数字合成器，

图48展示不对称换能器布置的纵向截面，

图49展示图49的布置的横向截面，

图50展示飞行时间测量的一循环测量信号，

图51展示飞行时间测量的十循环测量信号，

图52展示从时间反转信号导出的测量信号，

图53展示图50的信号的响应信号，其中通过图48和49的不对称布置提供发射信道，

图54展示对于图48和49的布置来说图51的信号的响应信号，

图55展示对于图48和49的布置来说图52的信号的响应信号，

图56展示用于在三个换能器布置中获得对应于两个信号路径的测量信号的程序，

图57展示使用图56的方法中获得的测量信号的TOF流量测量，

图58展示管道上的两个换能器的两个不同布置，

图59展示图58的布置中获得的测量信号的压力分布，以及

图60说明确定测试中的装置是否使用与检验装置相同的流量测量方法的实例。

具体实施方式

在以下描述中，提供细节以描述本说明书的实施例。然而，所属领域的技术人员应显而易见的是，可以在不具有此类细节的情况下实践所述实施例。

图式中展示的实施例的一些零件具有类似零件。类似零件具有相同名称或者使用上撇号符号或使用字母符号的类似零件标号。此类类似零件的描述在适当情况下参考其它类似零件也适用，由此减少文本的重复而不限制本发明。

图1展示第一流量计布置10。在流量计布置中，第一压电元件11放置在管路12的外壁处，管路12也被称作管件12。第二压电元件13放置在管路12的相对侧处使得压电元件11和下游压电元件13之间的直达线相对于平均流方向14成角度β而定向，所述平均流方向同时也是管路12的对称轴的方向。角度β在图1的实例中挑选为近似45度，但其还可较陡(例如60度)或较平缓(例如30度)。

压电元件，例如图1的压电元件11、13可通常作为声学发射器操作以及作为声学传感器操作。声学发射器和声学传感器可由相同压电元件或由相同压电元件的不同区提供。在此情况下，压电元件或换能器在其作为发射器或声音源操作时也称为压电发射器，且在其作为声学传感器操作时也称为声学传感器或接收器。

当流动方向如图1中所示时，第一压电元件11也称为“上游”压电元件，且第二压电元件13也称为“下游”压电元件。根据本说明书的流量计对于两个流动方向以基本上相同方式工作，且图1的流动方向仅借助于实例提供。

图1展示针对其中上游压电元件11作为压电换能器操作且下游压电元件13作为声学传感器操作的配置的图1的电信号流程。出于清晰的目的，本申请案在上游和下游工作，即压电元件的位置可互换。

第一计算单元15连接到上游压电元件11，且第二计算单元16连接到下游压电元件13。第一计算单元15包括第一数字信号处理器、第一数/模转换器(DAC)和第一模/数转换器(ADC)。同样，第二计算单元16包括第二数字信号处理器、第二数/模转换器(DAC)和第二模/数转换器(ADC)。第一计算单元15连接到第二计算单元16。

图1中展示的具有两个计算单元15、16的布置仅借助于实例提供。其它实施例可具有计算单元的不同数目和布置。举例来说，可仅存在一个中央计算单元或可存在两个AD/DC转换器和一个中央计算单元，或可存在换能器处的两个小型计算单元和一个较大中央计算单元。

一个或多个计算单元可例如由微控制器或专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)提供。具体地说，来自所存储数字信号的电信号的合成可由直接数字合成器(DDS)提供，所述直接数字合成器包括数/模转换器(DA、DAC)。

根据本说明书用于产生测量信号的方法包括以下步骤。

通过利用第一计算单元15的数字信号处理器合成声学信号来产生预定数字测试信号。将数字测试信号从第一计算单元15沿着信号路径17发送到压电换能器11。压电换能器11产生对应的超声测试信号。单元15和16还可提供于一个单一单元中。

测试信号例如通过单一1MHz振荡或通过10个此类振荡而提供为短脉冲。确切地说，测试信号可通过具有恒定振幅的少量振荡提供，借此近似矩形信号。所述一个或多个振荡可具有正弦形状、三角形形状、矩形形状或还具有其它形状。

超声测试信号行进穿过管路12中的液体到达压电传感器13。图1中，超声信号的直接信号路径由箭头18指示。同样，在相反方向上超声信号的直接信号路径由箭头19指示。响应信号由压电传感器13拾取，沿着信号路径20发送到第二计算单元16，且由第二计算单元16数字化。

在另一步骤中，从数字化响应信号导出数字测量信号。测量值的导出指代数字化响应信号相对于时间的反转。根据其它实施例，所述导出包括其它步骤，例如转换到振幅范围内的减小的分辨率、对信号进行带宽滤波以移除噪声(例如低频率噪声和高频率噪声)。确切地说，可在使信号相对于时间反转的步骤之前执行带宽滤波的步骤。

可以各种方式实行信号反转，例如通过在相反方向中读出存储器区域或通过以傅里叶表示使正弦分量的符号反转。

在一个实施例中，选择含有来自直达信号的响应的数字化响应信号的合适的部分。响应信号的所述部分随后颠倒或相对于时间倒转。换句话说，稍后接收的响应信号的信号部分在倒转测量信号中较早发出。如果借助于实例，信号由振幅样本的时间排序序列表示，那么上述信号倒转相当于使振幅样本的次序倒转或反转。

其中时间的方向或符号已倒转的所产生的信号也称为“倒转信号”。在此上下文中，表达“倒转”指代相对于时间方向的倒转，且不指代相对于值(例如振幅值)的倒转。

图10到19借助于实例展示根据本说明书的数字信号。

在根据本说明书的一个实施例的流量计中，相同测量信号用于两个方向18、19，下游方向和上游方向，从而提供简单且有效的布置。根据其它实施例，不同测量信号用于两个方向。确切地说，测量信号可施加到测试信号的原始接收器。此类布置可针对不对称条件和管路形状提供益处。

使用上述倒转信号作为测量信号测量穿过管路的液体的流速的方法包括以下步骤。

上述测量信号从第一计算单元15沿着信号路径17发送到压电换能器11。压电换能器11产生对应的超声测量信号。此测量信号的实例提供于图10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、37和38中。

超声测量信号行进穿过管路12中的液体到达压电传感器13。响应信号由压电传感器13拾取，沿着信号路径20发送到第二计算单元16，且由第二计算单元16数字化。

第二计算单元16将数字化响应信号发送到第一计算单元15。第一计算单元15例如通过使用在下文进一步描述的方法中的一个确定所接收信号的飞行时间。

针对在相反方向19上行进的信号实行类似过程，即上述测量信号施加到下游压电元件13，且响应信号由上游压电元件11测量以获得相反方向19上的上游飞行时间TOF_up。第一计算单元15例如根据以下公式确定流速

其中L是压电元件11、13之间的直接路径的长度，β是压电元件11、13之间的直接路径与平均流动方向的倾斜角，且c是给定压力和温度条件下液体中的声音的速度。

平方声速c^2可由以下表达式近似到二阶

这产生以下公式

借此，不必确定温度或压力(其继而确定流体密度和声速)，或不必直接测量声速或流体密度。相比之下，误差的一阶不针对仅一个测量方向抵消。

代替使用因子2·L·cosβ，可在已知流速的情况下从校准测量值导出比例常数。校准的比例常数考虑进一步效应，例如流剖面和来自被散射且未沿着直线行进的声波的贡献。

根据另一实施例，在计算机中模拟产生脉冲信号，记录响应信号且从响应信号导出倒转测量信号的过程。例如管路12的管路直径和传感器放置等相关参数作为输入参数提供到所述模拟。

根据又一实施例，待供应到发射压电元件的测量信号使用对于脉冲信号的典型的响应信号的形状(例如图37和38中展示的信号形状)而合成。举例来说，测量信号可通过1MHz正弦振荡提供，所述1MHz正弦振荡根据具有10微秒的半宽的高斯概率函数以包络进行振幅调制。半宽可挑选为输入参数，这取决于实际布置，例如管路直径和传感器放置。

根据本说明书的流量计还可提供为预定义流量计，其中在工厂地点运行的测试期间，确切地说当流量计连同管路区段一起供应时产生测量信号。

根据本说明书的简单实施例，通过相对于测量信号的发送时间评估所接收信号的峰值振幅的时间来确定上游方向中和下游方向中的飞行时间。为实现较高精度，可使用所接收信号的包络确定最大值。根据另一实施例，测量重复多次，且使用平均飞行时间。

根据本说明书的另一实施例，使用交叉相关技术评估信号的飞行时间。确切地说，可通过根据以下公式使所接收的下游或上游信号与零流速下的所接收信号交叉相关来评估相应时间位移：

其中Sig_Flow表示当存在穿过管路的流体流量时测量条件下的上游或下游信号，且其中Sig_NoFlow表示零流量处的校准条件下的信号。无穷大和限值表示足够大的时间窗口[-T1,+T2]。更一般来说，-T1和+T2不需要相同，且出于实务原因，这对于流量计可能是有利的。

随后通过将上游相关函数的最大值的时间与下游相关函数的最大值的时间进行比较来获得时间位移TOF_up-TOF_down。相关函数的包络可用于更准确地确定最大值的位置。

在另一实施例中，单独评估单元提供在第一计算单元15和第二计算单元16之间，其执行信号到达时间和流速的计算。

一般来说，声学传感器的测量信号通过散射信号和直达信号的叠加而产生。散射信号从管路的内壁和外壁反射一次或多次，包含管壁内的额外散射过程。这借助于实例在图2中展示。

图1的换能器配置为直达线或“Z”形配置。利用管路的相对侧上的反射的其它布置也是可能的，例如“V”形和“W”形配置。V形和W形配置基于管壁上的反射而工作，这与Z形配置相比引起较多散射。本申请案的标的物将得益于这些配置，只要恰当地理解路径。

在V形配置中，两个换能器安装在管路的相同侧上。为了记录45度反射，其放置在流动方向上相隔大约管路直径处。W形配置利用三个反射。类似于V形配置，两个换能器安装在管路的相同侧上。为了记录两个45度反射之后的信号，其放置在流动方向上相隔两个管路直径处。

图2借助于实例展示从压电元件11直接行进到压电元件13的第一声学信号“1”、在管路12的周边处散射一次的第二声学信号“2”，以及在管路12的周边处散射三次的第三信号3。

为简单起见，散射事件在图2到5中展示为反射，但实际散射过程可能更复杂。确切地说，最相关散射通常发生在管壁中或安装在压电换能器前方的材料处。图3展示在检视方向A-A中流动方向中图2的视图。

图4和5展示第二传感器布置，其中另一压电元件22定位成与压电元件11成45度角，且另一压电元件23定位成与压电元件13成45度角。

此外，图4和5展示针对以下情形的直达线或直线声学信号路径：压电元件11、22作为压电换能器操作且压电元件13、23作为声学传感器操作。在图4的视图中在管路12的后面的压电元件23在图4中由虚线展示。

图6到9以简化方式展示从测试信号的响应产生测量信号的方法。在图6到9中，归因于散射的损耗由信号的影线部分以及由箭头指示。

出于图6到9的考虑因素，假定声学信号仅沿着直线路径、沿着具有时间延迟Δt的第一散射信道，以及沿着具有时间延迟2Δt的第二散射信道传播。不考虑沿着路径的信号衰减。

呈矩形尖峰的形式的测试信号施加到压电元件11。归因于散射，信号振幅的第一部分归因于第一散射路径而丢失且在时间Δt之后出现，且信号振幅的第二部分归因于第二散射路径而丢失且在时间2Δt之后出现。这产生根据图7中的白柱的信号，其在压电元件13处记录。

信号处理器使此记录的信号相对于时间倒转，且将倒转信号施加到压电元件11。如之前所解释的相同散射过程现适用于所有三个信号分量。因此，根据图9的信号记录在压电元件13处，其近似对称。

实际上，所接收信号将随着时间分布，且常常存在“弹道波”，其已行进穿过管路的材料且在直达信号之前到达。通过挑选用于产生倒转测量信号的合适的时间窗口而丢弃此表面波。同样，源于多个反射且较迟到达的信号可通过限制时间窗口和/或通过挑选信号的特定部分而丢弃。

下表1展示用于直接对准或换句话说用于垂直于DN 250管路的纵向延伸部的平面中DN 250管路上的钳式压电元件之间的直达线连接的测量时间延迟。流动速率指代穿过DN250管路的水流。

本文中“TOF 1循环”指代由压电元件产生的脉冲，例如图36中展示的脉冲，其由具有拥有1μs周期的1次振荡的电信号激发。“TOF 10循环”指代由压电元件产生的信号，其由具有拥有1μs周期的恒定振幅的10次正弦振荡的电信号激发。

流动速率/方法	21m3/h	44m3/h	61m3/h
				TOF 1循环	7ns	18ns	27ns
TOF 10循环	9ns	19ns	26ns
				时间反转	8ns	18ns	27ns

下表展示测量时间延迟，对照垂直于DN 250管路的纵向延伸部的平面中DN 250管路中的钳式压电元件之间的直线连接存在12度未对准(还参看图48和49)。

流动速率/方法	21m3/h	44m3/h	61m3/h
				TOF 1循环	10ns	21ns	28ns
TOF 10循环	9ns	17ns	26ns
				时间反转	4ns	12ns	26ns

图9-27展示高分辨率倒转信号和其相应响应信号。电压在以微秒计的时间内以任意单位标绘。

上部图式中的时间轴展示倒转信号的发射时间。所述发射时间限于用于记录倒转信号的时间窗口。在图9-27的实例中，时间窗口在来自直达信号的最大值发生之前不久开始，且在其后100微秒结束。

下部图式中的时间轴围绕响应信号的最大值居中且持续100微秒，其是在响应信号的最大值之前和之后倒转信号的时间窗口的大小。

图28-35展示处于高分辨率以及处于振幅范围中的12、3、2和1位分辨率的数字化倒转信号和其相应响应信号。电压在以微秒计的时间内以伏特标绘。针对水填充的DN250管路获得图28-25的信号。

倒转信号的时间窗口的长度为450微秒。因此，图28-35的时间窗口比先前图9-27中大超过四倍。

在图28-35中可见，即使利用1位分辨率的数字化也会产生急剧尖峰。可见，尖峰对于较低分辨率变得更加明显。对于此效应的可能阐释是，在图28-35的实例中，通过在响应信号在时间上保持集中的同时使用振幅范围中的较粗略数字化增加输入信号的总能量。

图36展示由压电元件在接收持续约0.56微秒的电脉冲(其等效于3.57MHz的频率)之后产生的信号。归因于压电元件的惯性，负电压的最大振幅小于正电压，且在压电元件稳定下来之前存在多个回响。

图37展示施加到压电元件(例如图1的上游压电元件11)的电信号。图37的信号是通过形成对于图36中展示的类型的信号的十个数字化响应信号的平均值且使所述信号时间反转而导出，其中响应信号由例如图1的下游压电元件13等压电元件接收。

在图37的实例中，通过从响应信号切除信号部分来获得数字化信号，所述信号部分在响应信号的包络开始之前近似10微秒开始且在响应信号的包络之后近似55微秒结束。图37的响应信号的包络形状类似于高斯概率分布的形状，或换句话说类似于exp(-x^2)的合适的经移位和按比例缩放版本

图38展示对于图37中展示的信号的响应信号的一部分，其中图37的信号施加到例如上游压电元件11等第一压电元件，且在例如图1的下游压电元件13等第二压电元件处接收。

图39展示上游交叉相关函数和下游交叉相关函数，其通过分别使图1的布置的上游信号和下游信号与零流量处获得的信号交叉相关而获得。

图40展示图39的截面放大。两个位置标记指示上游和下游交叉相关函数的相应极大值的位置。极大值之间的时间差是上游信号和下游信号之间的时间差的量度。

图41展示响应信号，其在关于图37的响应信号的类似条件下获得。不同于图37的布置，压电元件对照沿着管路的周界的直线布置存在12度未对准。此偏移在图41的插图中展示。图41展示即使在未对准条件下也存在合理地明确界定的响应信号。

图42到45借助于实例展示对于其可使用根据本说明书的流量测量的钳式压电换能器的不同布置。特别地对于钳式换能器，根据本说明书的流量测量方法可产生图42到45的布置中或其它类似的换能器布置中信噪比的改进。此外，流量测量方法可通过针对给定发送信号功率提供响应信号的增加的信号振幅来提供能量节省。借此，信号发送功率可减小。

图42到45对准使得管路12中液体上的重力朝下。然而，还可使用相对于图42到45的布置旋转的布置。图42到45的检视方向是沿着管路12的纵向轴线。换能器的上游或下游位置在图42到45中并不指示。

在图42的布置中，五个压电元件31-35的阵列提供于第一位置中，且另一压电元件36放置在第一位置的上游或下游。当五个元件31-35的阵列用作发射器且另一元件36用作接收器时，压电元件31-35的阵列可用于获得预定波前且实现预定方向中声波的改进的聚焦。

在图43的布置中，单一压电元件37提供于第一位置中，且五个压电元件38-42的阵列放置在第一位置的上游或下游。压电元件38-42的阵列可用于获得响应信号的波前的改进的记录。所述改进的记录可随后用于获得改进的流量测量信号，所述改进的流量测量信号随后施加到单一压电元件37。

图44展示两个压电元件43、44的布置，其中一个元件相对于另一元件放置在下游。压电元件43、44之间的连接线到管路12的对称轴的距离d约为管路12的半径的一半，使得可测量到管路12的中心轴距离d处的流层。

特别地对于钳式换能器(例如图44中展示的压电元件43、44)，根据本说明书的流量测量经由波束成形提供接收压电元件44、43处的改进的信号。

图45展示隔开45度的八个压电元件45-52的布置。相对于上游-下游放置的若干布置是可能的。

在一个布置中，传感器位置沿着周界在上游和下游之间交替，例如45、47、49、51上游以及46、48、50、52下游。

在另一布置中，沿着周界的例如45-48等前四个连续元件相对于其它四个元件(例如49-52)放置在上游或下游。在具有16个压电元件的另一布置中，图45的所有压电元件45-52放置于一个平面中，且图45的布置在上游或下游方向中重复。

图46借助于实例展示用于测量图1中的布置或根据本说明书的其它布置中的流量的流量测量装置60。在图1的布置中，流量测量装置60由第一和第二计算单元15和16提供。

流量测量装置60包括用于连接第一压电换能器的第一连接器61，和用于连接第二压电换能器的第二连接器62。第一连接器61经由多路复用器63连接到数/模转换器(DAC)64。第二连接器62经由多路分用器66连接到模/数转换器65。

ADC 65连接到信号选择单元67，信号选择单元67连接到信号倒转单元68，信号倒转单元68连接到带通滤波器69，带通滤波器69连接到计算机可读存储器70。此外，ADC 65连接到速度计算单元71。

DAC 64连接到脉冲信号产生器72和测量信号产生器73。测量信号产生器经由命令行74连接到脉冲产生器72。速度计算单元71经由第二命令行75连接到测量信号产生器73。

一般来说，脉冲信号产生器72和测量信号产生器包括硬件元件(例如振荡器)和软件元件(例如脉冲产生器模块和测量信号产生器模块)。在此情况下，命令行74、75可由相应模块之间的软件接口提供。

在信号产生阶段期间，脉冲信号产生器将信号发送到DAC 64，选择单元67经由ADC65接收对应的传入信号且选择传入信号的一部分。倒转单元68使选定信号部分相对于时间倒转，任选的带通滤波器69滤出上部和上部频率，且所得测量信号存储在计算机存储器70中。当参考信号操纵步骤使用词语“信号”时，其可确切地说指代计算机存储器中信号的表示。

确切地说，信号表示可由数字化振幅和相关联离散时间的值对界定。其它表示包括傅里叶系数、小波系数和用于对信号进行振幅调制的包络，以及其它。

图47展示用于测量图1中的布置或根据本说明书的其它布置中的流量的流量测量装置60'的第二实施例。流量测量装置60'包括直接数字合成器(DDS)76。为简单起见，仅展示DDS 76的组件。DDS 76也称为任意波形产生器(AWG)。

DDS 76包括参考振荡器77，其连接到频率控制器寄存器78、数控振荡器(NCO)79和DAC 64。用于N个信道的NCO 79的输入连接到频率控制寄存器78的输出。用于M个信道的DAC64的输入连接到NCO 79，且重建低通滤波器的输入连接到DAC 64。借助于实例，具有100MHz的时钟频率的直接数控振荡器79可用于产生经振幅调制的1MHz信号。

重建低通滤波器80的输出连接到图1的压电换能器11、13。

归因于振荡器晶体的惯性，常常有利的是，使用具有比载波的频率高的频率的振荡器以便例如通过使用直接数字合成器获得预定的经振幅调制的信号，如图47所示。

确切地说，存储信号的数字表示以及执行例如选择信号部分、使信号时间反转及对信号滤波等操作的方法步骤可互换。举例来说，信号可以时间倒转形式存储，或其可以相反次序读出以获得时间倒转信号。

虽然相对于圆形DN 250管路阐述本发明，但其可容易地适用于其它管路大小乃至其它管路形状。尽管相对于钳式换能器阐述实施例，但也可使用突出到管路中的湿式换能器。

图48和49展示不对称换能器布置，其中第二换能器相对于管道12的对称轴偏移12度。

图50展示飞行时间测量的一个循环测量信号，且图51展示飞行时间测量的十个循环测量信号。图50和51中展示的信号可用于飞行时间测量。此外，所述信号还可用于使用所接收响应信号(例如图52和53的响应信号)相对于时间的倒转产生根据本说明书的测量信号。

图52展示从以低分辨率存储的时间反转信号导出的测量信号的实例。

图53到55展示对于图50到52的相应信号的响应信号。响应信号由图48、49的不对称布置的接收换能器11、13响应于由图50的信号激发的发送换能器的信号而拾取。

确切地说，图53展示图50的信号的响应信号，图54展示针对图48和49的布置的图51的信号的响应信号，且图55展示针对图48和49的布置的图52的信号的响应信号。在所展示的实例中，相比于图52和53的信号，所述响应信号在时间上较集中，具有较高振幅且具有较明确界定的包络。

图55的结果表明，允许(尤其)使用较小能量信号的脉冲响应相对于时间的倒转的益处可对于粗略粒度分辨率和不对称换能器布置保持。

图55的结果表明，相比于使用具有1或10个振荡循环的常规飞行时间多普勒位移测量，根据本说明书使用相对于时间的倒转信号能够提供短时间延迟。图55由于图48和图49中展示的布置而进一步展示，根据本说明书的测量信号可用于波束成形目的。

表2展示针对图48、49中展示的不对称布置以及21、44和61立方米/小时的相应流动速率的时间延迟结果。

图56到59说明波束成形应用的其它实例。大体来说，存在N个换能器之间的个直接发射信道，不考虑提供在管道上的管路壁处的反射。这些发射信道具有大体来说不同的性质且产生不同响应信号。

在所有N个换能器相对于流动方向或管道的纵向方向安装在不同高度处的事件中，所有这些发射信道可用于流量测量。换能器之间的垂直于平均流的信号传播通常不可用于捕获流速分量，但仍可用于确定管道的污染和材料改变以及换能器和其到管道的耦合的性质的改变。

TOF流量测量包括相对于换能器中的两个之间的给定发射信道在两个方向上的测量。涉及第一换能器和N-1个其它换能器之间的发射信道的TOF流量测量需要至少N个连续测量：测量信号施加到第一换能器的第一测量，以及测量信号施加到N-1个其它换能器中的每一个的N-1个连续测量。

一般来说，所需测量信号对于每一发射信道不同，且每一发射信道需要单独的前向和后向测量。因此，需要2x(N-1)个测量。举例来说，在图57的实例中，最大2x(3-1)＝4个测量是可能的，但不一定是必需的。

图41和55的信号由换能器产生，换能器主要在优选方向中辐射，具有相对于优选方向的两侧约12度的最大角度。(尤其)通过调整换能器和其到管道的附接件的形式实现换能器的定向性。取决于换能器之间的角度，并非所有路径都可以在接收器侧产生足够强的信号，尤其在发送方具有高定向性的情况下。应用普遍已知的技术，仅可实现如图53和图54所示的结果，所述已知技术对于建立流量测量通常噪声太大。然而，利用使用倒转测量信号的所提出的方法，可实现比如图55中展示的信号等足够良好的信号。

根据本申请案的测量信号的使用(其使用相对于时间的反转)使得有可能向换能器提供较少定向性。测量信号使信号能量聚焦在接收器处，且所接收信号仍足够强。

类似于使用仅两个换能器或仅一个发射信道的测量，可使用预定测量信号或通过先前校准获得的信号执行流量测量。在校准步骤期间，从对于脉冲信号的响应信号导出测量信号。根据一个实例，脉冲信号施加到换能器以在其它换能器处获得一个或多个响应信号。通过将相对于时间的倒转施加到响应信号或其部分而导出测量信号。

在其中存在四个测量路径的一个实例中，沿着第一路径、第二路径、第三路径和第四路径进行连续测量。连续测量用于导出总体流量和/或预定层或位置处的流量。

可随后通过将测量值与预定流剖面比较来导出一个或多个流速。借助于实例，可通过模拟获得预定流剖面。在另一实施例中，通过使用来自一个或多个测量信号的结果和已知方法来计算流剖面而估计特定层或位置的流速。在一个实施例中，通过将所计算或模拟的流剖面施加到管道的截面面积来导出总体体积流量。

图56和57说明使用三个换能器和两个发射路径的飞行时间流量测量。

图58和59展示两个换能器布置中的压力测量。图59的压力尺度以任意单位(a.u.)。

根据本申请案的测量信号施加到第一换能器11，且在管道12的周边处测量所得压力分布。换能器11、13在纵向方向上偏移，类似于图1的布置。

在第一实例中，适于换能器11和换能器13之间的信号路径的测量信号从换能器11发送到相对换能器13，且测量所得压力分布。这产生类似于图59的压力分布90的曲线，其在换能器13的位置处具有峰值。

在第二实例中，适于换能器11和换能器13之间的信号路径的测量信号从换能器11发送到换能器13'，且测量所得压力分布。不同于第一布置，换能器13'相对于穿过第一换能器和管道12的中心的连接线偏移45度的角。即使在此情况下，所得压力分布在换能器13'的位置周围成峰状，且因此信号的能量在换能器13'的位置周围集中。

因此，使用相应换能器之间的信号相对于时间的反转获得的根据本申请案的测量信号产生压力信号，所述压力信号不仅在时间上集中，如图集合10-35的相应第二图中所展示，而且所得压力分布还在空间上集中。

通过使用标准信号(例如脉冲信号)，仍可实现空间上的集中，但仅在接近发送换能器的相对侧的固定位置处。然而，通过使用包括时间反转部分的根据本说明书的信号，可移动压力集中的峰值。

图56-59的超声换能器11、13、23可由安装到管道外部的经安装换能器提供，或由从管道12外部突出到管道12内部中的换能器润湿。

图60展示确定测试装置是否使用与检验装置相同的流量测量方法的实例。在第一步骤中，检验装置选择测试脉冲信号。举例来说，这可包括选择信号形状用于执行来自所存储信号形状(例如矩形形状、正弦形状、锯齿形状等)的集合的正弦波的振幅调制。

在另一步骤中，测试脉冲信号施加到第一换能器。在另一步骤中，在第二换能器处接收对应的测试响应信号。在其它步骤中，使测试响应信号或其部分倒转，且导出测试测量信号。检验装置连接到的换能器优选地是测试装置的换能器。

在另一步骤中，将测试测量信号与测试装置的实际测量信号进行比较。如果测试测量信号类似于测试装置的测量信号，那么决定测试装置使用与检验装置相同的方法。替代地或另外，检验装置可将测试测量信号施加到换能器，接收对应的测试响应信号，且将此测试响应信号与对于测试装置的测量信号的响应信号比较。

检验装置可经由点击到换能器的测试装置的导线连接而将测试装置的信号接收或测量为电信号，或者，可通过将麦克风放置在管道中且接收麦克风的信号来测量所述信号。

如果信号不类似，那么对于其它可用的测试脉冲信号重复相同过程以查看测试脉冲信号中的一个是否产生类似于所述测量信号和/或其响应信号的测试测量信号和/或其响应信号。在测试装置的脉冲信号可用的事件中，检验装置可选择可用脉冲信号或类似的脉冲信号，代替于测试各种测试脉冲信号，或其可缩小测试脉冲信号的选择范围。

对于使用若干信号路径和/或数对发送和接收换能器的组合用于流量测量的测试装置，检验装置针对所述多个信号路径和/或针对所述多个换能器组合重复图60的方法，且比较相应的测量信号和/或对于所述测量信号的响应信号。

尽管以上描述含有大量特殊性，但是这些不应被解释为限制实施例的范围，而是仅提供可预见实施例的说明。方法步骤可以与所提供实施例不同的次序执行，且测量装置到处理单元的细分和其相应互连可能与所提供实施例不同。

特别地，实施例的上述优点不应被解释为限制实施例的范围，而是仅用以阐释在将所描述实施例付诸实践时的可能成果。因此，实施例的范围应由权利要求书以及它们的等效物来确定，而不是由给出的实例来确定。

本说明书的实施例还可以组织成项目的元件的以下列表来描述。项目列表中公开的特征的相应组合分别被视为独立标的物，这些组合还可以与本申请案的其它特征组合。

1.一种用于确定流体管道中流体的流速的方法，包括：

-向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

-向所述流体管道提供第一超声换能器、第二超声换能器和第三超声换能器，

其中所述第一超声换能器、所述第二超声换能器和所述第三超声换能器之间的相应连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

-将第一测量信号施加到所述第一超声换能器，以及

-在所述第二超声换能器处测量所述第一测量信号的第一响应信号，

-将第二测量信号施加到所述第一超声换能器，

-在所述第三超声换能器处测量所述第二测量信号的第二响应信号，

其中所述第一测量信号和所述第二测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

-从所述第一响应信号和所述第二响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

2.根据项目1所述的方法，

包括

-将第一相反方向测量信号施加到所述第二超声换能器，以及

-在所述第二超声换能器处测量所述第一相反方向测量信号的第一相反方向响应信号，

-将第二相反方向测量信号施加到所述第三超声换能器，

-在所述第一超声换能器处测量所述第二相反方向测量信号的第二相反方向响应信号，

其中所述第一相反方向测量信号和所述第二相反方向测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

-从所述第一响应信号、所述第一相反方向响应信号、所述第二响应信号和所述第二相反方向响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

3.根据项目1或项目2所述的方法，包括

-将第三测量信号施加到所述第二超声换能器，

-在所述第三超声换能器处测量所述第二测量信号的第三响应信号，

其中所述第三测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分

-从所述第三响应信号导出所述流体的至少一个流速。

4.根据项目3所述的方法，包括

-将第三相反方向测量信号施加到所述第三超声换能器，

-在所述第二超声换能器处测量所述第三相反方向测量信号的第三相反方向响应信号，

其中所述第三相反方向测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分

-从所述第三响应信号和所述第三相反方向响应信号导出所述流体的至少一个流速。

5.一种用于确定流体管道中流体的流速的方法，包括：

-向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

-向所述流体管道提供第一超声钳式换能器和第二超声钳式换能器，

其中所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器之间的连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

-将测量信号施加到所述第一超声钳式换能器，

-在所述第二超声钳式换能器处测量所述测量信号的响应信号，

其中所述测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

-从所述响应信号导出所述流体的流速。

6.根据项目5所述的方法，包括

-将相反方向测量信号施加到所述第二超声钳式换能器，

-在所述第一超声钳式换能器处测量所述测量信号的相反方向响应信号，

其中所述测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

-从所述响应信号导出所述流体的流速。

7.根据前述项目中任一项目所述的方法，其中用于导出所述相应测量信号的所述信号部分包括响应信号的最大振幅周围的第一部分和拖尾信号部分，所述拖尾信号部分在时间上延续到所述最大振幅的到达时间之后。

8.根据前述项目中任一项目所述的方法，包括处理所述响应信号中的至少一个用于确定所述管道的壁厚的改变或用于通过确定纵向和横向声波特性来确定管道壁的材料特性。

9.根据项目1所述的方法，包括

-向所述流体管道提供流体，

-将第一脉冲信号提供到所述第一或所述第二超声换能器中的一个，

-在所述第一或所述第二超声换能器中的另一个处接收所述第一脉冲信号的第一响应信号，

-将第二脉冲信号提供到所述第一或所述第三超声换能器中的一个，

-在所述第一或所述第三超声换能器中的另一个处接收所述第二脉冲信号的第二响应信号，

-从所述第一响应信号导出所述第一测量信号，

-从所述第二响应信号导出所述第二测量信号，

所述相应第一和第二测量信号的所述导出包括选择所述相应第一和第二响应信号或从其导出的信号的信号部分，且使所述信号部分相对于时间反转，

-存储所述第一测量信号和所述第二测量信号以供稍后使用。

10.根据项目5所述的方法，包括

-向所述流体管道提供流体，

-将脉冲信号提供到所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器中的一个，

-在所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器中的另一个处接收所述脉冲信号的响应信号，

-从所述响应信号导出所述测量信号，所述测量信号的所述导出包括选择所述相应响应信号或从其导出的信号的信号部分，以及使所述信号部分相对于时间反转，

-存储所述测量信号以供稍后使用。

11.根据项目9或项目10所述的方法，包括

-重复施加脉冲信号和接收对应的响应信号的步骤多次，借此获得多个响应信号，

-从所述所接收的响应信号的平均值导出所述相应测量信号。

12.根据项目9到11中任一项目所述的方法，

其中所述相应测量信号的所述导出包括相对于振幅数字化所述对应的响应信号或从其导出的信号。

13.根据项目12所述的方法，包括增加所述数字化信号的位分辨率，以用于增加对于所述相应测量信号的响应信号的振幅。

14.根据项目12所述的方法，包括减小所述数字化信号的所述位分辨率以用于增加对于所述相应测量信号的响应信号的振幅。

15.根据项目12所述的方法，其中相对于所述振幅的所述数字化信号的所述位分辨率为低位分辨率。

16.一种计算机可读程序代码，包括用于执行根据项目1到15中任一项目所述的方法的计算机可读指令。

17.一种计算机可读存储器，所述计算机可读存储器包括项目16的计算机可读程序代码。

18.一种专用电子组件，其可操作以执行根据项目1到15中任一项目所述的方法。

19.一种用于利用行进时间超声流量计测量管道中流体的流速的装置，包括

-第一连接器，用于连接第一超声元件，

-第二连接器，用于连接第二超声元件，

-第三连接器，用于连接第三超声元件，

-发射单元，用于发送脉冲信号且用于发送测量信号，

-接收单元，用于接收响应信号，

-处理单元，用于从第一倒转信号导出第一测量信号，用于从第二倒转信号导出第二测量信号，以及用于存储所述第一测量信号和所述第二测量信号，

其中所述第一倒转信号和所述第二倒转信号的所述导出包括使对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号的信号部分相对于时间反转，

且其中所述处理单元、所述发射单元和所述接收单元可操作以

将所述第一测量信号施加到所述第一连接器，以及

在所述第二连接器处接收所述第一测量信号的第一响应信号，

将第二测量信号施加到所述第一连接器，

在所述第三连接器处接收所述第二测量信号的第二响应信号，

从所述第一响应信号和所述第二响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

20.一种用于利用行进时间超声流量计测量管道中流体的流速的装置，包括

-第一连接器，

-第一超声钳式换能器，其连接到所述第一连接器，

-第二连接器，

-第二超声钳式换能器，其连接到所述第二连接器，

管道的一部分，所述第一超声钳式换能器在第一位置处安装到所述管道部分，

且所述第二超声钳式换能器在某一位置处安装到所述管道部分，

其中所述第一超声钳式换能器和所述第二钳式超声换能器之间的相应连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

-发射单元，用于发送脉冲信号且用于发送测量信号，

-接收单元，用于接收响应信号，

-处理单元，用于从倒转信号导出测量信号，其中所述倒转信号的所述导出包括使对应脉冲信号或从其导出的信号的响应信号的信号部分相对于时间反转，

且其中所述处理单元、所述发射单元和所述接收单元可操作以

将所述测量信号施加到所述第一连接器，

在所述第二连接器处接收所述第一测量信号的响应信号，

从所述响应信号导出所述流体的流速。

21.根据项目20所述的装置，进一步包括

-D/A转换器，所述D/A转换器连接到所述第一连接器，

-A/D转换器，所述A/D转换器连接到所述第二连接器，

-计算机可读存储器，用于存储所述测量信号。

22.根据项目20所述的装置，进一步包括选择单元，所述选择单元操作以选择对于所述脉冲信号或从其导出的信号的所接收响应信号的一部分；以及倒转单元，所述倒转单元操作以使所述所接收响应信号的所述选定部分相对于时间倒转以获得所述倒转信号。

23.根据项目20所述的装置，所述装置包括

直接数字信号合成器，所述直接数字信号合成器包括所述ADC，

频率控制寄存器、参考振荡器、数控振荡器和重建低通滤波器，所述ADC可经由所述重建低通滤波器连接到所述第一和第二连接器。

24.根据项目20所述的装置，包括管道的一部分，所述第一超声换能器在第一位置处安装到所述管道部分，

且所述第二超声换能器在第二位置处安装到所述管道部分。

25.一种用于确定测试装置是否正根据项目1到5中任一项目测量流体管道中流体的流速的方法，包括：

-向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

-向所述流体管道提供第一超声换能器和第二超声换能器，

-将测试脉冲信号施加到所述测试装置的所述第一超声换能器，

-在所述测试装置的所述第二超声换能器处接收所述测试脉冲信号的测试响应信号，

-从所述测试响应信号导出测试测量信号，所述测试测量信号的所述导出包括使所述相应第一或第二响应信号或其部分相对于时间反转，

-将所述第一测试测量信号与所述测试装置的换能器处发射的第一测量信号进行比较，

其中如果所述第一测试测量信号和所述第一测量信号类似，那么确定所述测试装置正使用根据项目1到5中任一项目的确定流体管道中流体的流速的方法。

26.根据项目25所述的方法，包括

-向所述流体管道提供第三超声换能器，

-将测试脉冲信号施加到所述测试装置的所述第一超声换能器，或施加到所述测试装置的所述第二超声换能器，

-在所述测试装置的所述第三超声换能器处接收所述测试脉冲信号的第二测试响应信号，

-从所述第二测试响应信号导出第二测试测量信号，

-将所述第二测试测量信号与所述测试装置的换能器处发射的第二测量信号比较，其中如果所述第一测试测量信号和所述第一测量信号类似，那么确定所述测试装置正使用根据项目1的确定流体管道中流体的流速的方法。

参考

10 流量计布置

11 上游压电元件

12 管路

13 下游压电元件

14 平均流动方向

15 第一计算单元

16 第二计算单元

17 信号路径

20 信号路径

22 压电元件

23 压电元件

31–52 压电元件

60、60' 流量测量装置

61 第一连接器

62 第二连接器

63 多路复用器

64 DAC

65 ADC

66 多路分用器

67 信号选择单元

68 信号倒转单元

69 带通滤波器

70 存储器

71 速度计算单元

72 脉冲信号产生器

73 测量信号产生器

74 命令行

75 命令行

76 DDS

77 参考振荡器

78 频率控制器寄存器

79 数控振荡器

80 低通滤波器

Claims (26)

1.一种用于确定流体管道中流体的流速的方法，包括：

向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

向所述流体管道提供第一超声换能器、第二超声换能器和第三超声换能器，

其中所述第一超声换能器、所述第二超声换能器和所述第三超声换能器之间的相应连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

将第一测量信号施加到所述第一超声换能器，以及

在所述第二超声换能器处测量所述第一测量信号的第一响应信号，

将第二测量信号施加到所述第一超声换能器，

在所述第三超声换能器处测量所述第二测量信号的第二响应信号，

其中所述第一测量信号和所述第二测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述第一响应信号和所述第二响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

2.根据权利要求1所述的方法，

包括

将第一相反方向测量信号施加到所述第二超声换能器，以及

在所述第二超声换能器处测量所述第一相反方向测量信号的第一相反方向响应信号，

将第二相反方向测量信号施加到所述第三超声换能器，

在所述第一超声换能器处测量所述第二相反方向测量信号的第二相反方向响应信号，

其中所述第一相反方向测量信号和所述第二相反方向测量信号分别包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述第一响应信号、所述第一相反方向响应信号、所述第二响应信号和所述第二相反方向响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

3.根据权利要求1所述的方法，包括

将第三测量信号施加到所述第二超声换能器，

在所述第三超声换能器处测量所述第二测量信号的第三响应信号，

其中所述第三测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述第三响应信号导出所述流体的至少一个流速。

4.根据权利要求3所述的方法，包括

将第三相反方向测量信号施加到所述第三超声换能器，

在所述第二超声换能器处测量所述第三相反方向测量信号的第三相反方向响应信号，

其中所述第三相反方向测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述第三响应信号和所述第三相反方向响应信号导出所述流体的至少一个流速。

5.一种用于确定流体管道中流体的流速的方法，包括：

向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

向所述流体管道提供第一超声钳式换能器和第二超声钳式换能器，

其中所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器之间的连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

将测量信号施加到所述第一超声钳式换能器，

在所述第二超声钳式换能器处测量所述测量信号的响应信号，

其中所述测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述响应信号导出所述流体的流速。

6.根据权利要求5所述的方法，包括

将相反方向测量信号施加到所述第二超声钳式换能器，

在所述第一超声钳式换能器处测量所述测量信号的相反方向响应信号，

其中所述测量信号包括对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号相对于时间的反转信号部分，

从所述响应信号导出所述流体的流速。

7.根据权利要求1所述的方法，其中用于导出所述相应测量信号的所述信号部分包括响应信号的最大振幅周围的第一部分和拖尾信号部分，所述拖尾信号部分在时间上延续到所述最大振幅的到达时间之后。

8.根据权利要求1所述的方法，包括处理所述响应信号中的至少一个用于确定所述管道的壁厚的改变或用于通过确定纵向和横向声波特性来确定管道壁的材料特性。

9.根据权利要求1所述的方法，包括

向所述流体管道提供流体，

将第一脉冲信号提供到所述第一或所述第二超声换能器中的一个，

在所述第一或所述第二超声换能器中的另一个处接收所述第一脉冲信号的第一响应信号，

将第二脉冲信号提供到所述第一或所述第三超声换能器中的一个，

在所述第一或所述第三超声换能器中的另一个处接收所述第二脉冲信号的第二响应信号，

从所述第一响应信号导出所述第一测量信号，

从所述第二响应信号导出所述第二测量信号，

所述相应第一和第二测量信号的所述导出包括选择所述相应第一和第二响应信号或从其导出的信号的信号部分，且使所述信号部分相对于时间反转，

存储所述第一测量信号和所述第二测量信号以供稍后使用。

10.根据权利要求5所述的方法，包括

向所述流体管道提供流体，

将脉冲信号提供到所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器中的一个，

在所述第一超声钳式换能器和所述第二超声钳式换能器中的另一个处接收所述脉冲信号的响应信号，

从所述响应信号导出所述测量信号，

所述测量信号的所述导出包括选择所述相应响应信号或从其导出的信号的信号部分，且使所述信号部分相对于时间反转。

存储所述测量信号以供稍后使用。

11.根据权利要求9所述的方法，包括

重复施加脉冲信号和接收对应的响应信号的步骤多次，借此获得多个响应信号，

从所述所接收的响应信号的平均值导出所述相应测量信号。

12.根据权利要求9中任一项所述的方法，

其中所述相应测量信号的所述导出包括相对于振幅数字化所述对应的响应信号或从其导出的信号。

13.根据权利要求12所述的方法，包括增加所述数字化信号的位分辨率，以用于增加对于所述相应测量信号的响应信号的振幅。

14.根据权利要求12所述的方法，包括减小所述数字化信号的所述位分辨率以用于增加对于所述相应测量信号的响应信号的振幅。

15.根据权利要求12所述的方法，其中相对于所述振幅的所述数字化信号的所述位分辨率为低位分辨率。

16.一种计算机可读程序代码，包括用于执行根据权利要求1所述的方法的计算机可读指令。

17.一种计算机可读存储器，所述计算机可读存储器包括根据权利要求16所述的计算机可读程序代码。

18.一种专用电子组件，其可操作以执行根据权利要求1所述的方法。

19.一种用于利用行进时间超声流量计测量管道中流体的流速的装置，包括

第一连接器，用于连接第一超声元件，

第二连接器，用于连接第二超声元件，

第三连接器，用于连接第三超声元件，

发射单元，用于发送脉冲信号且用于发送测量信号，

接收单元，用于接收响应信号，

处理单元，用于从第一倒转信号导出第一测量信号，用于从第二倒转信号导出第二测量信号，以及用于存储所述第一测量信号和所述第二测量信号，

其中所述第一倒转信号和所述第二倒转信号的所述导出包括使对应的脉冲信号或从其导出的信号的响应信号的信号部分相对于时间反转，

且其中所述处理单元、所述发射单元和所述接收单元可操作以

将所述第一测量信号施加到所述第一连接器，以及

在所述第二连接器处接收所述第一测量信号的第一响应信号，

将第二测量信号施加到所述第一连接器，

在所述第三连接器处接收所述第二测量信号的第二响应信号，

且从所述第一响应信号和所述第二响应信号中的至少一个导出所述流体的流速。

20.一种用于利用行进时间超声流量计测量管道中流体的流速的装置，包括

第一连接器，

第一超声钳式换能器，其连接到所述第一连接器，

第二连接器，

第二超声钳式换能器，其连接到所述第二连接器，

管道的一部分，所述第一超声钳式换能器在第一位置处安装到所述管道部分，

且所述第二超声钳式换能器在某一位置处安装到所述管道部分，

其中所述第一超声钳式换能器和所述第二钳式超声换能器之间的相应连接线延伸到所述流体管道的对称轴外部，

发射单元，用于发送脉冲信号且用于发送测量信号，

接收单元，用于接收响应信号，

处理单元，用于从倒转信号导出测量信号，其中所述倒转信号的所述导出包括使对应脉冲信号或从其导出的信号的响应信号的信号部分相对于时间反转，

且其中所述处理单元、所述发射单元和所述接收单元可操作以

将所述测量信号施加到所述第一连接器，

在所述第二连接器处接收所述第一测量信号的响应信号，

且从所述响应信号导出所述流体的流速。

21.根据权利要求20所述的装置，进一步包括

D/A转换器，所述D/A转换器连接到所述第一连接器，

A/D转换器，所述A/D转换器连接到所述第二连接器，

计算机可读存储器，用于存储所述测量信号。

22.根据权利要求20所述的装置，进一步包括选择单元，所述选择单元操作以选择对于所述脉冲信号或从其导出的信号的所接收响应信号的一部分；以及倒转单元，所述倒转单元操作以使所述所接收响应信号的所述选定部分相对于时间倒转以获得所述倒转信号。

23.根据权利要求20所述的装置，所述装置包括

直接数字信号合成器，所述直接数字信号合成器包括所述ADC，

频率控制寄存器、参考振荡器、数控振荡器和重建低通滤波器，所述ADC可经由所述重建低通滤波器连接到所述第一和第二连接器。

24.根据权利要求20所述的装置，包括管道的一部分，所述第一超声换能器在第一位置处安装到所述管道部分，

且所述第二超声换能器在第二位置处安装到所述管道部分。

25.一种用于确定测试装置是否正根据权利要求1测量流体管道中流体的流速的方法，包括：

向所述流体管道提供具有相对于所述流体管道的预定速度的流体，

向所述流体管道提供第一超声换能器和第二超声换能器，

将测试脉冲信号施加到所述测试装置的所述第一超声换能器，

在所述测试装置的所述第二超声换能器处接收所述测试脉冲信号的测试响应信号，

从所述测试响应信号导出测试测量信号，所述测试测量信号的所述导出包括使所述相应第一或第二响应信号或其部分相对于时间反转，

将所述第一测试测量信号与所述测试装置的换能器处发射的第一测量信号进行比较，

其中如果所述第一测试测量信号和所述第一测量信号类似，那么确定所述测试装置正使用根据权利要求1的确定流体管道中流体的流速的方法。

26.根据权利要求25所述的方法，包括

向所述流体管道提供第三超声换能器，

将测试脉冲信号施加到所述测试装置的所述第一超声换能器，或施加到所述测试装置的所述第二超声换能器，

在所述测试装置的所述第三超声换能器处接收所述测试脉冲信号的第二测试响应信号，

从所述第二测试响应信号导出第二测试测量信号，

将所述第二测试测量信号与所述测试装置的换能器处发射的第二测量信号比较，其中如果所述第一测试测量信号和所述第一测量信号类似，那么确定所述测试装置正使用根据权利要求1所述的确定流体管道中流体的流速的方法。