CN201476827U - 多相流测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多相流测量装置，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包信号源、驱动放大器和发射匹配电路，其中发射信号源、驱动放大器和发射匹配电路依次连接组成发射电路；接收电路包括接收匹配电路、前置放大器、混频器、低通滤波器、接收信号源和接收放大器，其中接收匹配电路、前置放大器、混频器、低通滤波器、接收信号源和接收放大器依次连接组成接收电路。通过本装置，可以实现对低信噪比信号的处理，后续电路的处理提供方便，进行多相流流量测量。

Description

多相流测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量领域，尤其是一种包括发射和接收两部分的多相流测量装置。

背景技术

目前应用于超声多相流量计的信号处理电路大多采用晶体振荡器做为发射和解调信号源，使用采样保持的方法进行同步解调。由于压电陶瓷片谐振点频率的离散性，发射信号源的频率与压电陶瓷片的谐振频率很难一致，导致探头发射接收灵敏度下降，探头输出信噪比也随之下降。同时，使用采样保持进行同步解调，受限于目前器件能达到的性能，得到的信噪比比较低，由于多相超声流量计探头输出信号的信噪比本来就较低，后续电路的噪声对测量结果将会产生较大的影响。导致信号无法分离，无法进行多相流流量测量。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是现有测量装置信噪比低时无法进行多项流测量的问题。

本实用新型提供一种处理多相流信号的测量装置，包括发射和接收两部分，通过该电路的处理实现对多相流流量进行测量。

所述发射部分包信号源、驱动放大器和发射匹配电路，发射信号源、驱动放大器和发射匹配电路依次连接组成发射电路；

发射信号源用来产生与探头谐振频率相同的信号；驱动放大器用于将信号源产生的信号进行放大，达到足够的幅度来驱动探头；发射匹配电路用于使得接收压电陶瓷片的输出阻抗与前置放大器输入阻抗匹配，保证传送到前置放大器的功率最大；发射信号源(108)产生一个频率与探头中发射压电陶瓷片谐振频率相同的信号，经过驱动放大器放大，达到要求的功率后，送至发射匹配电路，匹配电路让放大器的输出阻抗与探头中发射压电陶瓷片的谐振输入阻抗匹配，保证传送到发射压电陶瓷片功率最大，匹配电路的输出接探头中的发射压电陶瓷片，从而发射出去；

接收电路包括接收匹配电路、前置放大器、混频器、低通滤波器、接收信号源和接收放大器，他们依次连接组成接收电路。

其中收匹配电路用于让放大器的输出阻抗与探头中发射压电陶瓷片的谐振输入阻抗匹配，保证传送到发射压电陶瓷片功率最大；

前置放大器用于对输入的微弱信号进行放大，将信号放大到混频器可以接受的幅度。

混频器主要实现混频功能，用于将输入的多相流信号进行下变频，搬移到较低的频率上便于进行处理，混频器可以是一级混频和多级混频，每级混频都可以通过乘法器实现，比如图1中为一级混频方式，图2为二级混频方式，本领域技术人员可以根据需要采用多级混频。

低通滤波器用于对乘法器输出的信号进行滤波，将不需要的分量滤除，比如将和频分量滤除，仅剩差频分量。

接收放大器用于对低通滤波器输出信号进行放大，以便于后续电路的处理。

探头中的接收压电陶瓷片输出的信号传送至匹配电路，匹配电路的输出接前置放大器，匹配电路的目的为将最大功率传送至前置放大器，前置放大器输出后，接混频器进行同步解调，解调后的信号包括两个分量，一个是接收信号与本振的和频，一个是接收信号与本振信号的差频，通过低通滤波器后，将和频滤除，仅剩差频信号，即所需的多相流流量信号，经过接收放大器放大至适当幅度后，送至后续电路继续进行处理。

所述混频器包括乘法器和本征信号源，比如图1的中混频器由乘法器103和信号源108构成。

其中发射信号源与本证信号源可以为同一信号源，比如图1的实施例。

通过本装置，可以实现对低信噪比信号的处理，后续电路的处理提供方便，进行多相流流量测量。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是超声多相流测量装置实施例框图。

图2是超声多相流测量装置另一实施例框图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示超声多相流量计信号处理装置，该装置包括接收匹配电路101、前置放大器102、乘法器103、低通滤波器104、放大器105、发射匹配电路106、驱动放大器107和信号源108。其中由信号源108、驱动放大器107和发射匹配电路106依次连接组成发射电路，由接收匹配电路101、前置放大器102、乘法器103、低通滤波器104、信号源108和放大器105依次连接组成接收电路。

其中收匹配电路101用于让放大器的输出阻抗与探头中发射压电陶瓷片的谐振输入阻抗匹配，保证传送到发射压电陶瓷片功率最大，匹配电路可以由电感和电容组成，也可以只使用电感或电容构成，可以根据阻抗的匹配特性选用不同的构成方式。

前置放大器102用于对输入的微弱信号进行放大，将信号放大到乘法器103可以接受的幅度，一般采用运算放大器LM118和外围电阻电容构成，也可以采用其他放大电路，比如由晶体管放大电路实现。

乘法器103主要实现混频功能，用于将输入的多相流信号进行下变频，搬移到较低的频率上便于进行处理，乘法器可以采用AD835，也可以用双平衡二极管或晶体管混频器实现。

低通滤波器104用于对乘法器输出的信号进行滤波，将和频分量滤除，仅剩差频分量，即多相流的多普勒信号，低通滤波器可以由电阻和电容构成，也可以用LC滤波或有源滤波器实现。

放大器105用于对低通滤波器输出信号进行放大，以便于后续电路的处理，放大其可以采用不同的器件来实现，比如运算放大器OP07及外围电阻电容构成，也可以用晶体管放大电路实现等。

发射匹配电路106用于使得接收压电陶瓷片的输出阻抗与前置放大器输入阻抗匹配，保证传送到前置放大器的功率最大，可以由电感和电容组成，也可以只使用电感或电容构成。

驱动放大器107用于将信号源产生的信号进行放大，达到足够的幅度来驱动探头，可以采用运放部件，比如THS6042及外围电阻电容构成，也可以用晶体管放大器实现。

信号源108用来产生与探头谐振频率相同的信号。为了便于调整频率，可选用由DDS芯片，如AD9833和参考晶体振荡器及外围电阻电容电感构成，也可以用其他的DDS芯片实现。

发射部分工作原理：信号源108产生一个频率与探头中发射压电陶瓷片谐振频率相同的信号，经过驱动放大器107放大，达到要求的功率后，送至匹配电路106，匹配电路的目的是让放大器的输出阻抗与探头中发射压电陶瓷片的谐振输入阻抗匹配，保证传送到发射压电陶瓷片功率最大。匹配电路的输出接探头中的发射压电陶瓷片，从而发射出去。

其中发射压电陶瓷片用于将发射的电信号转换成机械震动，进而转换成超声波发射出去。

接收压电陶瓷片用于将接收到的超声波信号转换成电信号，传送给后续电路处理。

接收部分工作原理：探头中的接收压电陶瓷片输出的信号传送至匹配电路101，匹配电路的输出接前置放大器102，匹配电路的目的为将最大功率传送至前置放大器，前置放大器输出后，接乘法器103进行同步解调，乘法器同时接与发射频率相同信号源108做为本振，解调后的信号包括两个分量，一个是接收信号与本振的和频，一个是接收信号与本振信号的差频，通过低通滤波器104后，将和频滤除，仅剩差频信号，即所需的多相流流量信号，经过放大器105放大至适当幅度后，送至后续电路继续进行处理。

下面结合一个实施例来说明实现过程，直接数字合成式(DDS)信号源108的目的是产生一个频率与探头中发射压电陶瓷片谐振频率相同的信号，且频率可以微调，频率范围为1MHz-5MHz，这里DDS型号为AD9833，也可选择其他型号AD5930等。DDS产生的信号经过驱动放大器107放大至约20V-VPP，驱动放大器的作用为将DDS产生的信号放大，达到要求幅度来驱动探头，一般选择宽带驱动放大器，比如运算放大器THS6042。放大后的信号经过发射匹配电路106传送至探头，发射匹配电路的功能是将放大器输出阻抗与探头输入阻抗进行匹配，可以选择LC或其他形式匹配电路。探头将电信号转换为超声波信号发射出去后，经过三相流体反射，反射的信号会产生数十到数KHz的多普勒频移，反射信号经过探头转换为电信号后，先经过接收匹配电路101传送到前置放大器102，接收匹配电路的作用与发射匹配电路类似，将尽可能多的功率传送到前置放大器，其中匹配电路可以采用LC或其他匹配电路；前置放大器将接收到的信号进行放大，达到约1V-VPP的幅度，然后送至乘法器103进行处理，比如选用乘法器AD835。前置放大器的主要指标要求为带宽大，噪声系数小，比如放大器LM118。放大后的信号与信号源产生的信号经过乘法器AD835混频后，产生和频与差频信号，在此只需要差频信号，通过低通滤波器104将和频信号滤除，就得到三相流的多普勒信号，低通滤波器的截止频率根据多普勒信号带宽来设定，一般为几KHz，低通滤波器输出信号经过放大器105放大，传送至后续电路进行处理。

DDS信号源产生发射信号，经过驱动放大器放大，通过匹配电路加到探头上，探头将电信号转换成超声波发射出去，发射出去的超声波经过多相流体反射，将会产生多普勒频移，该发射信号经过探头的转换，变成约电信号，传送至前置放大器，信号经放大后，送至乘法器与DDS信号源产生的信号相乘，得到和频和差频信号，通过低通滤波器滤波，仅剩差频信号，即多相流多普勒信号。在经过放大器放大，送到后续电路进行处理，从而提取多相流多普勒信号。

上面只是其中一个实施例，本领域技术人员在实际实现的时候，可以采用二次甚至多次混频的方法，即将前置放大器输出的信号与一个信号源产生的信号经过乘法器混频到一个固定频率，经过带通滤波器滤波后，再使用另外一个乘法器进行混频，经过滤波后，得到多普勒信号。如图2所示，将图1的一次混频变为二次混频，即将放大器输出信号送到第一乘法器201，通过和第一DDS信号源202混频，再送到滤波器203滤波得到第一差频，然后送到第二乘法器204与第二DDS信号源205再次混频，其他后续处理和上述实施例相同。类似的，也可以采用多级混频。对于频率较高的信号，采用多级混频，可以提交探测精度。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.多相流测量装置，包括发射和接收两部分，其特征在于：

所述发射部分包信号源、驱动放大器和发射匹配电路，其中发射信号源、驱动放大器和发射匹配电路依次连接组成发射电路；

接收电路包括接收匹配电路、前置放大器、混频器、低通滤波器、接收信号源和接收放大器，其中接收匹配电路、前置放大器、混频器、低通滤波器、接收信号源和接收放大器依次连接组成接收电路。

2.如权利要求1所述的多相流测量装置，其特征在于：所述混频器为一级混频或多级混频。

3.如权利要求2所述的多相流测量装置，其特征在于：所述混频器包括乘法器和本征信号源。

4.如权利要求3所述的多相流测量装置，其特征在于：所述本征信号源由数字频率合成器DDS实现。

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