CN110296790A - 一种基于超声技术的非介入式在线校准方法 - Google Patents
一种基于超声技术的非介入式在线校准方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，首先将超声波换能器安装于被测装置处；利用CPLD控制器激发超声波换能器向被测装置发射超声波；发射的超声波经过被测装置后通过超声波换能器进行接收处理；超声波换能器输出信号至CPLD控制器，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差；将时间差数据通过通讯串口传输给CPU，CPU内置数学模型，可通过时差计算管道内压力值，通过超声波技术解决了非介入式在线压力测量的问题，可以不对被测管件做任何处理就能够检测出管件内压力值，并可以对安装于系统中的压力仪表进行校检工作。
Description
技术领域
本发明涉及压力校准设备领域，涉及一种基于超声技术的非介入式在线校准方法。
背景技术
液压或气压的测量在工业、化工、医疗等行业应用十分普遍。目前保证压力仪表正常工作的重要方式就是定期对其进行校检，保证其示值的准确性。目前主要采用介入式的计量方法，将被测仪表安装到计量标准器上进行校检。但在许多场合，如大型企业中液压系统长期处于工作状态，无法将安装于系统中的大量压力仪表拆卸下来进行校检工作。因而，迫切需要研制一种非介入式压力计量装置，满足实际的压力计量工作需要。非介入式在线压力计量成为现今一种急需解决、具有现实意义和广阔应用前景的技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，该装置能够采用非介入式的方法对压力仪表进行校检，能够校检工作状态中的压力仪表。
本发明所采用如下的技术方案，一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，具体步骤如下：
步骤1，首先将超声波换能器安装于被测装置处；
步骤2，利用CPLD控制器激发经步骤1安装好的超声波换能器向被测装置发射超声波；
步骤3，步骤2发射的超声波经过被测装置后通过超声波换能器进行接收处理；
步骤4，步骤3中超声波换能器输出信号至CPLD控制器，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差；
步骤5，将经步骤3得到的时间差数据通过通讯串口传输给CPU，CPU内置数学模型，可通过时差计算管道内压力值。
本发明的特点还在于：
其中步骤2中CPLD控制器激发超声波换能器的具体过程为：CPLD控制器输出脉冲信号经过发射电路处理后得到震荡波，震荡波激发超声波换能器向被测装置发射超声波；
其中发射电路处理具体过程为脉冲信号经过整形、放大和驱动后输出震荡波；
其中步骤3具体为：步骤2发射的超声波进入被测装置后经透射和反射后被超声波换能器接收；
其中步骤3中超声波换能器接收到步骤2中的超声波之后传到超声波接收电路，超声波在超声波接收电路中经过处理输出矩形波至CPLD控制器；
其中步骤3中超声波接收电路处理具体过程为接收到的超声波信号经过信号放大、带通滤波和整形放大后输出矩形波；
其中步骤4的具体过程为：CPLD发射脉冲信号给超声波换能器，并开始计时，经过被测装置透射和反射后返回至超声波换能器，接收到信号后经处理成矩形波并传到CPLD，计时结束，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差；
其中步骤5中CPU内置时差法数学模型，通过CPLD控制器传输来的时差数据计算可得被测装置内的压力值，CPU还连接有人机界面，通过通讯串口在人机界面中显示所测量计算的压力值；
其中时差数学模型为通过试验法，测量在一定温度下被测装置内不同压力值对应的超声波传输时间差，测得大量数据存入数据库中，并将压力、超声波传输时间差根据若干的数据用最小二乘法建立数学模型，并将数学模型嵌入到CPU中。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法采用超声技术实现对工作状态的管道压力进行测量，通过超声波技术解决了非介入式在线压力测量的问题，可以不对被测管件做任何处理就能够检测出管件内压力值。
附图说明
图1为本发明的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法的测试流程图。
图2为本发明的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法中实施例的电源系统的电路。
图3为本发明的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法的超声波发射电路图。
图4为本发明的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法的超声波接收电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，如图1所示，具体步骤如下：
步骤1，首先将超声波换能器安装于被测装置处；
步骤2，利用CPLD控制器激发经步骤1安装好的超声波换能器向被测装置发射超声波，CPLD控制器输出脉冲信号，如图2所示，脉冲信号经过整形、放大、驱动后得到震荡波，震荡波激发超声波换能器向被测装置发射超声波；
步骤3，步骤2发射的超声波经过被测装置后经透射和反射后通过超声波换能器进行接收处理；如图3所示超声波换能器接收到步骤2中的超声波之后通过超声波接收电路进行处理，超声波经过接收电路信号放大、带通滤波和整形放大最后输出矩形波至CPLD控制器；
步骤4，步骤3中超声波换能器输出信号至CPLD控制器，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差；CPLD发射脉冲信号给超声波换能器，并开始计时，经过被测装置透射和反射后返回至超声波换能器，接收到信号后经处理成矩形波并传到CPLD，计时结束，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差，压力变化则时间差也变化，CPU内部处理随压力变化的时间差值；
步骤5，将经步骤3得到的时间差数据通过通讯串口传输给CPU，CPU内置数学模型，可通过时差计算管道内压力值，CPU内置时差法数学模型，通过CPLD控制器传输来的时差数据计算可得被测装置内的压力值，CPU还连接有人机界面，通过通讯串口在人机界面中显示所测量计算的压力值，时差数学模型为通过试验法，测量在一定温度下被测装置内不同压力值对应的超声波传输时间差，测得大量数据存入数据库中，并将压力、超声波传输时间差根据若干的数据用最小二乘法建立数学模型，并将数学模型嵌入到CPU中。
实施例：如图4所示输入直流电压，通过稳压芯片整流、滤波的电压处理输出+3.3V、+5V和+24V的电压，向发射电路提供+24V的电压，发射电路为CPLD控制器至超声波换能器之间的电路，向接收电路提供+5V的电压，接收电路为超声波换能器至CPLD控制器的电路，供电系统向CPLD控制模块提供3.3V电压，本发明应用于管道压力测试，将超声波换能器安装于被测管道外壁，通过对CPLD进行硬件编程输出周期性宽度为0.5us的脉冲信号并开始计时，经过整形、放大、驱动得到2MHz震荡波，该震荡波激发超声波换能器，使其向管壁内侧径向发射2MHz超声波，超声波换能器具有发射、接收超声波的功能，超声波换能器发射的超声波透过管壁，经过管壁内侧反射后进入油液中沿原路传播透过管壁直至被超声波换能器接收，换能器接收到超声波将通过电路进行信号处理，通过信号放大、带通滤波、整形放大输出矩形波。经信号处理得到的矩形波输入到CPLD中并停止计时，经过硬件编程处理计算出换能器发射超声波和接收反射回来的超声波的时间差，该时间差数据通过通讯串口传输给CPU，在CPU中内置时差法数学模型，超声波时差法公式为
C＝d/t (1)
其中，C为管道内超声波的传输速度，d为管道内径，t为时间差。
超声波在管道内的声速只与管道内径和超声波发射、接收的时间差有关系，CPLD传给CPU的数据是从发射脉冲到接收矩形波的时间差t。
CPU中内置时差法数学模型的得到方法：通过试验法，测量在一定条件(温度)下管道内不同压力值对应的超声波传输时间差，测得大量数据存入数据库中，并将压力、超声波传输时间差根据大量的数据用最小二乘法建立数学模型。并将数学模型嵌入到CPU系统中，这样即可在测量到超声波传输时间差的情况下用数学模型计算得出管道内的压力值，就能测量一类或者一系列的管道的压力值，并通过通讯串口在人机界面中显示所测量计算的压力值。
Claims (9)
1.一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，首先将超声波换能器安装于被测装置处；
步骤2，利用CPLD控制器激发经步骤1安装好的超声波换能器向被测装置发射超声波；
步骤3，步骤2发射的超声波经过被测装置后通过超声波换能器进行接收处理；
步骤4，步骤3中超声波换能器输出信号至CPLD控制器，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差；
步骤5，将经步骤3得到的时间差数据通过通讯串口传输给CPU，CPU内置数学模型，可通过时差计算管道内压力值。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤2中CPLD控制器激发超声波换能器的具体过程为：CPLD控制器输出脉冲信号经过发射电路处理后得到震荡波，震荡波激发超声波换能器向被测装置发射超声波。
3.根据权利要求2所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述发射电路处理具体过程为脉冲信号经过整形、放大和驱动后输出震荡波。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤3具体为：步骤2发射的超声波进入被测装置后经透射和反射后被超声波换能器接收。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤3中超声波换能器接收到步骤2中的超声波之后传到超声波接收电路，超声波在超声波接收电路中经过处理输出矩形波至CPLD控制器。
6.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤3中超声波接收电路处理具体过程为接收到的超声波信号经过信号放大、带通滤波和整形放大后输出矩形波。
7.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：CPLD发射脉冲信号给超声波换能器，并开始计时，经过被测装置透射和反射后返回至超声波换能器，接收到信号后经处理成矩形波并传到CPLD，计时结束，得到超声波换能器发射和接收超声波的时间差。
8.根据权利要求1所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述步骤5中CPU内置时差法数学模型，通过CPLD控制器传输来的时差数据计算可得被测装置内的压力值，所述CPU还连接有人机界面，通过通讯串口在人机界面中显示所测量计算的压力值。
9.根据权利要求8所述的一种基于超声技术的非介入式在线校准方法，其特征在于，所述时差数学模型为通过试验法，测量在一定温度下被测装置内不同压力值对应的超声波传输时间差，测得大量数据存入数据库中，并将压力、超声波传输时间差根据若干的数据用最小二乘法建立数学模型，并将数学模型嵌入到CPU中。
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