CN115876269A - 一种多声道超声水表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声水表技术领域，公开了一种多声道超声水表，包括计量管段、3个或3个以上换能器、与换能器相同数量的反射镜、支架、电路板、显示屏、水表壳体，反射镜包括分束反射镜、一次反射镜，声道数量等于换能器的数量，电路板包括计量模块、通讯模块，计量模块将脉冲电压激励到换能器上，并采集接收端换能器的电压信号，通过超声波计量时间数据的计算，获得平均流速、累计流量、温度信息。本发明实现了中小口径超声波水表多条声道对流量的计算，从而实现超声波水表计量精度高、抗气泡干扰、可靠性高、寿命长。

Description

一种多声道超声水表

技术领域

本发明涉及超声水表技术领域，尤其涉及一种多声道超声水表。

背景技术

超声水表是分析超声波在计量管段中上下游的时间差或者相位差，得到计量管段中该声道的流速信息，再通过检定校准得到整个计量管段的流量信息。

目前现有的中小口径超声水表每条声道都需要使用2个换能器进行信号收发，因此，市面上大部分小口径超声水表只有2个换能器、1条超声波信号传输的声道。面对复杂的流场环境，比如弯管、阀门等，单声道超声水表的计量精度无法得到有效保证，往往需要在超声水表前要求较长的直管段来稳定流场。同时，超声水表容易受到气泡的干扰，单声道超声水表由于只存在1条声道，遇到气泡会导致无法正确的计算和输出流量信息，并且在长期服役的过程中，恶劣环境的影响造成一个换能器失效后，那么整个超声水表则瞬间无法正常工作，后续所有计量信息都无法正常获取，给用户和水司造成不必要的困扰。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种多声道超声水表，解决了目前单声道超声水表受气泡影响，计量误差大，可靠性低的问题，对于复杂流场变化，多声道结构可以提供更多声道流量数据，提高计量精度，对于单个换能器失效，多声道超声水表仍可计量工作，提高了超声水表的使用寿命与可靠性。多声道超声水表主要用于中小口径水表。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多声道超声水表，包括计量管段、n个换能器、与换能器相同数量的反射镜、支架、电路板、显示屏、水表壳体；其中n大于等于3；

反射镜包括n-2个分束反射镜、2个一次反射镜；

电路板包括计量模块、通讯模块；

计量模块用于将激励脉冲电压施加到换能器上并采集接收端换能器的电压信号，通过计算获得平均流速、累计流量、温度信息；

通讯模块用于将计量模块获取的流量信息传至主机；

按从计量管段上游至下游的顺序，首个换能器称为上游换能器，最后一个换能器称为下游换能器，其余换能器称为中间换能器；

多声道超声水表的声道数量为n；

其连接关系为：计量管段与水表壳体为一体式注塑成型；支架安装在计量管段内管壁上；反射镜安装在支架上；换能器安装在计量管段外管壁上；电路板与换能器通过导线连接；电路板通过螺丝与水表壳体固定；显示屏安装在电路板上；一个一次反射镜位于上游换能器正下方；另一个一次反射镜位于下游换能器正下方；每个中间换能器正下方对应一个分束反射镜；相邻换能器间距相等。

优选地，任一换能器与相邻的一个换能器组成1条声道，则共组成n-1条长度相同的声道；上游换能器与下游换能器组成1条声道；即每个换能器发射出的超声波信号均可被2个换能器接收到。

优选地，中间换能器发射的超声波经分束反射镜分为方向相反的两束超声波。

优选地，反射镜镜面与计量管段中轴线呈45°，两个一次反射镜高度相等，分束反射镜高度为一次反射镜的一半。

优选地，安装支架时，从计量管段任意一边伸入支架，当支架上的反射镜位于相对应换能器的正下方位置时，将支架固定。

优选地，多声道超声水表有3种工作模式：低功耗模式、正常模式、高精度模式。

优选地，低功耗模式下：可由任一中间换能器发射超声波信号至两个相邻换能器，根据超声波信号到达两个接收端换能器的时间差来计算得到计量管段内的平均流量信息。

优选地，正常模式下：上游换能器和下游换能器同时发射超声波信号，上游换能器发射的超声波信号由其相邻的中间换能器和下游换能器接收，下游换能器发射的超声波信号由其相邻的中间换能器和上游换能器接收，根据超声波信号在3条声道中的传输时间差来计算得到计量管段内的平均流量信息。

优选地，高精度模式下：从上游换能器开始，以上游至下游的顺序，各换能器依次完成按其声道发射超声波信号至其对应的两个接收端换能器的过程，这样最后会得到超声波信号在n条声道中的传输时间差，据此计算得到计量管段内的平均流量信息；

其中，在当前发射端换能器对应的两个接收端换能器均接收到超声波信号后，下一个发射端换能器才进行超声波信号的发送。

本发明的有益技术效果：

至少3条超声波声道信息，降低流场、介质、温度的影响，超声水表计量精度更高。

降低了气泡对超声波计量的影响程度，一条声道被气泡影响后，其余声道仍然可以正常工作，输出流量信息。

打破传统单个换能器发射超声波信号，单个换能器接收超声波信号的情况，保证一个换能器发射超声波信号，2个换能器接收超声波信号，节省换能器的数量。

可靠性高，单个换能器失效导致部分声道无法采集信息后，其余声道仍可正常运行，保证后续所有计量信息正常获取。

附图说明

图1为本发明实施例所述的超声水表剖面结构图。

图2为本发明实施例所述的超声水表声道图。

附图标号：1为水表壳体，2为显示屏，3为电路板，4为中间换能器，5为上游换能器，6为下游换能器，7为计量管段，8、9为一次反射镜，10为分束反射镜，11为支架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。

实施例：

如图1所示，一种多声道超声水表，包括计量管段7，上游换能器5，中间换能器4，下游换能器6，一次反射镜8、9，分束反射镜10，支架11，电路板3，显示屏2，水表壳体1；

电路板3包括计量模块、通讯模块；

计量模块将脉冲电压激励到换能器上，并采集接收端换能器的电压信号，通过计算，获得平均流速、累计流量、温度信息；

通讯模块将计量模块获取的流量信息通讯到主机；

其连接关系为：计量管段7与水表壳体1为一体式注塑成型，反射镜8、9、10安装在支架11上，超声换能器4、5、6安装在计量管段7外管壁上，电路板3与换能器4、5、6通过导线连接，电路板3通过螺丝与水表壳体1固定，显示屏2安装在电路板3上，上下游换能器5、6对应的反射镜为一次反射镜8、9，中间换能器4对应的反射镜为分束反射镜10；

安装支架11时，从计量管段7上游方向伸入支架11，当支架11上的反射镜位于相对应换能器的正下方位置时，将支架11固定。

反射镜8、9、10镜面与计量管段中轴线呈45°，两个一次反射镜8、9高度相等，分束反射镜10高度为一次反射镜8、9的一半。

如图2所示，中间换能器4发射超声波信号时，超声波信号经过分束反射镜10将超声波信号分为运动方向相反的两束超声波，向上游经过一次反射镜8反射，到达上游换能器5，采集声道L1数据，向下游经过一次反射镜9反射，到达下游换能器6，采集声道L2数据；

上游换能器5发射超声波信号时，超声波信号经过一次反射镜8反射，一部分超声波信号经分束反射镜10反射到达中间换能器4，采集L1声道数据，另一部分超声波信号经一次反射镜9反射到达下游换能器6，采集L3声道数据；

下游换能器6发射超声波信号与上述上游换能器5发射超声波信号情况对称，采集L2声道数据和L3声道数据。

多声道超声水表包含三种计量方式：低功耗模式、正常模式和高精度模式，计量模块通过发射1次脉冲电压激励任一超声波换能器，即可获得2条计量管段不同的声道信息，此模式功耗低，延长了超声水表的使用寿命,优选地，激励中间换能器4，获得L1、L2两条等长的声道数据，根据两超声波到达的时间差测量出计量管段中的流量信息。

正常模式为计量模块将脉冲信号同时激励到上游换能器5和下游换能器6，在静水时，由下游换能器6收到的超声波信号与上游换能器5收到的超声波信号之间的时间差相同，在流水情况下，不仅仅上游换能器5和下游换能器6之间的时间差可以计算计量管段的流量信息，中间换能器4会接收到2次超声波信号，根据两组时间差的数据，可以综合得到计量管段7的平均流量信息。

高精度模式分为3个过程S1、S2、S3，这3个过程依次完成。

S1：计量模块将脉冲信号激励到上游换能器5，一部分超声波信号通过一次反射镜8、分束反射镜10到达中间换能器4，采集顺流L1声道信息，一部分超声波信号通过一次反射镜8、9到达下游换能器6，采集顺流L3声道信息；

S2：待S1过程完成后，计量模块将脉冲信号激励到中间换能器4，一部分超声波信号通过分束反射镜10、一次反射镜8到达上游换能器5，采集逆流L1声道信息，一部分超声波信号通过分束反射镜10、一次反射镜9到达下游换能器6，采集顺流L2声道信息；

S3：待S2过程完成后，计量模块将脉冲信号激励到下游换能器6，一部分超声波信号通过一次反射镜9、分束反射镜10到达中间换能器4，采集逆流L2声道信息，一部分超声波信号通过一次反射镜9、8到达上游换能器5，采集逆流L3声道信息；

经过以上3个过程得到L1、L2、L3三组声道的相关顺流逆流信息，根据每个声道上的时间差计算出三组流量，进一步数据处理，得到计量管段7的平均流量信息。

上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种多声道超声水表，其特征在于，包括计量管段、n个换能器、与换能器相同数量的反射镜、支架、电路板、显示屏、水表壳体；其中n大于等于3；

反射镜包括n-2个分束反射镜、2个一次反射镜；

电路板包括计量模块、通讯模块；

计量模块用于将激励脉冲电压施加到换能器上并采集接收端换能器的电压信号，通过计算获得平均流速、累计流量、温度信息；

通讯模块用于将计量模块获取的流量信息传至主机；

按从计量管段上游至下游的顺序，首个换能器称为上游换能器，最后一个换能器称为下游换能器，其余换能器称为中间换能器；

多声道超声水表的声道数量为n；

其连接关系为：计量管段与水表壳体为一体式注塑成型；支架安装在计量管段内管壁上；反射镜安装在支架上；换能器安装在计量管段外管壁上；电路板与换能器通过导线连接；电路板通过螺丝与水表壳体固定；显示屏安装在电路板上；一个一次反射镜位于上游换能器正下方；另一个一次反射镜位于下游换能器正下方；每个中间换能器正下方对应一个分束反射镜；相邻换能器间距相等。

2.根据权利要求1所述的一种多声道超声水表，其特征在于，任一换能器与相邻的一个换能器组成1条声道，则共组成n-1条长度相同的声道；上游换能器与下游换能器组成1条声道；即每个换能器发射出的超声波信号均可被2个换能器接收到。

3.根据权利要求1所述的一种多声道超声水表，其特征在于，中间换能器发射的超声波经分束反射镜分为方向相反的两束超声波。

4.根据权利要求1所述的一种多声道超声水表，其特征在于，反射镜镜面与计量管段中轴线呈45°，两个一次反射镜高度相等，分束反射镜高度为一次反射镜的一半。

5.根据权利要求1所述的一种多声道超声水表，其特征在于，安装支架时，从计量管段任意一边伸入支架，当支架上的反射镜位于相对应换能器的正下方位置时，将支架固定。

6.根据权利要求2所述的一种多声道超声水表，其特征在于，多声道超声水表有3种工作模式：低功耗模式、正常模式、高精度模式。

7.根据权利要求6所述的一种多声道超声水表，其特征在于，低功耗模式下：

可由任一中间换能器发射超声波信号至两个相邻换能器，根据超声波信号到达两个接收端换能器的时间差来计算得到计量管段内的平均流量信息。

8.根据权利要求6所述的一种多声道超声水表，其特征在于，正常模式下：

上游换能器和下游换能器同时发射超声波信号，上游换能器发射的超声波信号由其相邻的中间换能器和下游换能器接收，下游换能器发射的超声波信号由其相邻的中间换能器和上游换能器接收，根据超声波信号在3条声道中的传输时间差来计算得到计量管段内的平均流量信息。

9.根据权利要求6所述的一种多声道超声水表，其特征在于，高精度模式下：

从上游换能器开始，以上游至下游的顺序，各换能器依次完成按其声道发射超声波信号至其对应的两个接收端换能器的过程，这样最后会得到超声波信号在n条声道中的传输时间差，据此计算得到计量管段内的平均流量信息；

其中，在当前发射端换能器对应的两个接收端换能器均接收到超声波信号后，下一个发射端换能器才进行超声波信号的发送。

Images