CN201607257U - 一种超声波明渠流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波明渠流量计，其包括量水堰槽、设于量水堰槽上方的至少一个超声波检测组件和与所述的检测组件通讯联接的处理组件；还包括标准杆，所述的标准杆与所述的检测组件固定。本实用新型由于在检测器上固定了一个标准杆，利用超声波发射器发射的超声波通过标准杆反射和通过量水堰槽液面反射的时间差计算出液面的高度，通过液面高度确定流量，可以消除由于温度、湿度等系统误差，同时，本实用新型产品结构简单，可扩充性强。

Description

一种超声波明渠流量计

技术领域

本实用新型涉及一种无接触式流量检测装置，更具体地说是指一种用于污水等流体的以超声波为检测方式的堰式明渠流量计。

背景技术

目前随着我国国民经济的高速发展.对水力资源的科学化和现代化管理要求越来越高。明渠在环境保护、水利资源管理和农田水利灌溉等领域广泛使用，为此使用堰式明渠流量计进行计量就显得更加重要堰式明渠流量计由于具有结构简单、成本低、测量精度和可靠性高、被广泛使用同时提出了一些经验公式，并且制定了部分标准，因此具安装维护方便等优点，自1901年在美国开始研制以来，在欧美和日本有标准性和专业性。在我国很长一段时间对明渠流量测量大多采用人工的方法，通过一定时间间隔测量液位高度，通过经验公式换算得到有关数值。由于无法连续测量不能获得流速和瞬时流量。现有技术中也出现过一些采用单片机的超声波明渠流量计，而使用传统的明渠流量计量方式，存在以下缺陷：

1)检测探头(检测组件)结构复杂，由于传统的超声波测距方式是以超声波接收与发射的时间差之一半，乘以超声波的速度得出距离，因以该方式得出的被测物的距离是以超声波的速度成正比关系，而超声波的速度容易受到外部环境因素(如空气的温度、湿度和密度)的影响，为减少这些环境因素的影响，大部分传统的超声波明渠流量计需要增加对空气的温度、湿度和密度进行检测的检测电路，以此对检测结果进行修正处理后得出较为准确的测距值，这无疑会增加检测探头的结构，同时造成其成本居高不下；

2)由于需要对测距结果根据环境温度和噪声进行再处理，而温度和噪声信号的处理也存在检测处理的误差，传统结构的超声波测距用于对于测距要求较为严格的明渠流量测距，存在较大的检测误差；

3)作为二次仪表的处理组件(主仪器)可扩展性差，无法实现与上位机(如位于中央控制室的控制计算机)的联网功能。

4)现有产品由于处理器运算能力有限，一般采用插值法得到流量，精度有限。

基于上述现有技术的缺陷，本发明人开发了一种新型的超声波明渠流量计结构。

发明内容

本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种结构简单、成本低、检测精度高又具有多种扩展功能，可与上位机联网的超声波明渠流量计。

本实用新型技术内容为：一种超声波明渠流量计，其包括量水堰槽、设于量水堰槽上方的至少一个检测组件和与所述的检测组件通讯联接的处理组件；所述的检测组件包括微控制器、超声波发射电路、超声波接收电路和与所述的处理组件通信的通讯模块，所述的超声波发射电路和超声波接收电路中设置有发送和接受一体化的防水超声波传感器，所述的处理组件包括微处理器，及与所述的微处理器联接的通讯部件；所述的通讯部件与通讯模块通讯联接；还包括标准杆，所述的标准杆与所述的检测组件固定。

本实用新型的进一步技术内容为：所述的超声波接收电路包括前置放大电路、带通滤波电路和信号变换电路，所述的前置放大电路由集成运放组成的自举式同相交流放大电路。

本实用新型的进一步技术内容为：所述的通讯部件包括RS485通信接口与通讯模块的包括RS 232通讯接口。所述的通讯部件还包括与上位机通信的以太网接口。所述的微处理器还联接有用于测试和编程的JTAG接口。

本实用新型的进一步技术内容为：所述的超声波传感器的型号是ES3RUIT。所述的微处理器为ATmega128型芯片。

本实用新型的进一步技术内容为：所述的通讯部件和通讯模块为无线通信的两个终端

本实用新型由于在检测器上固定了一个标准杆，利用超声波发射器发射的超声波通过标准杆反射和通过量水堰槽液面反射的时间差计算出液面的高度，通过液面高度确定流量，可以消除由于温度、湿度等千万的系统误差，同时，本实用新型产品结构简单，可扩充性强。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型超声波明渠流量计具体实施例的方框结构图；

图2为本实用新型超声波明渠流量计具体实施例之超声波接收电路原理图。

附图标记说明

1     量水堰槽            2     检测组件

20    微控制器            21    通讯模块

22    超声波发射电路      23    超声波接收电路

24    稳压模块            25    电池

26    超声波传感器

3     处理组件            30    微处理器

31    通讯部件            32    LCD显示屏

33    控制按钮            34    存储器

35    电源模块            36    JTAG接口

38    蜂鸣器              38    指示灯

4     标准杆              5     上位机

具体实施方式

为了更充分理解本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进一步介绍和说明。

如图1和图2所示，本实用新型一种超声波明渠流量计，其包括量水堰槽1、设于量水堰槽1上方的检测组件2和与检测组件2通讯联接的处理组件3；检测组件2包括微控制器20，及与微控制器20联接的通讯模块21、超声波发射电路22和超声波接收电路23和电池25及电源的稳压模块24；检测组件2与量水堰槽1的被测液面之间增设有标准杆4；检测组件2还包括与微控制器20联接的稳压模块24；处理组件3包括微处理器30，及与微处理器30联接的通讯部件31、显示屏32、控制按钮33、存储器34(包括Flash和RAM)和电源模块35、JTAG接36电路、蜂鸣器38和指示灯39；通讯部件31与检测组件2的通讯模块21通讯联接(可以采用常用的RS485或者RS 232通讯)。检测组件2还包括发送和接受一体化的超声波传感器26(又称为“探头”)。该超声波传感器为防水式压电陶瓷超声波传感器，在实施例中，压电陶瓷超声波传感器为ES 3RUIT型。

本实施例产品的工作原理是：由充当微控制器20的单片机激励作为探头的超声波传感器中的压电晶体发射超声波信号，并在发射时刻同时启动单片机内部定时器开始计时，该超声波信号在空气中传播，遇到标准杆4处，其中一部分产生第1次反射回波，而其余部分继续在空气中传播。反射部分反方向传播，进入探头，引起探头晶片振荡，产生声能—机械能—电能转换，使探头输出第1个电信号，引起单片机第1次中断。而在空气中继续传播的超声波到达水面时，在气液交界面产生第2次反射回波，反射回波反方向传播反射到压电晶体上，使探头输出另一个电信号，引起单片机的第2次中断。在中断程序里，分别读取定时器的计数值，即为探头从发射到水面的反射回波的传播时间t，根据探头发出超声波的反射时间的不同测量出液位不同。利用量水堰槽的标准参数计算出渠道里面的流量。

由于超声波信号在空气中传播时受到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号非常的微弱，不能直接送到后级电路进行处理，必须将信号放大到足够的幅度，才能使后级电路对它进行正确的处理。如图2所示，超声波接收电路包括前置放大电路、带通滤波电路和信号变换电路；前置放大电路由集成运放组成的自举式同相交流放大电路，具有很高的输入阻抗，带通滤波电路用以滤除环境噪声，中心频率为40KHZ，Q＞＝25。信号变换电路检测放大之后的信号过零点，信号形式为矩形波形式，该矩形波信号输入单片机中断引脚，作为超声波传输时间计时用。

另外、本实施例中，处理组件3的微处理器30还联接有用于测试和编程的JTAG接口36。通讯部件31包括RS485通讯接口和与上位机5通讯联接的以太网接口(可以实现与上位机的组网)；通讯模块21包括RS485通讯接口。一次仪表与二次仪表采用RS485通讯方式，具有抗干扰能力强、传输距离远的特点。微处理器30还联接有起报警和提示的作用的指示灯39和蜂鸣器38。微处理器30为ATmega128型芯片处理组件3的LCD显示屏32为4行中文显示屏，操作界面友好，微处理器内部可采用各种嵌入式操作系统，实现系统控制功能。

作为本实施例在使用时，可以将处理组件3与多个检测组件2通讯联接，即用一个处理组件3对多个地点的流量检测，可以节省处理组件(二次仪表)的采购成本，构成一个流量检测网络。

另外，本实施例的产品中，检测组件与处理组件的通讯方式可以采用无线通讯联接方式，适合于环境恶劣的排污水等水位检测场所。

综上所述，本实用新型因采用设定距离的标准杆作为参考对象进行超声波测距，减少了外部环境对超声波测距的干扰，增加了温度补偿电路，使本实用新型的检测组件(一次仪表)结构简单、检测精度高。另外本实用新型的处理组件(二次仪表)采用高性能低成本的ATmega128芯片作为微处理器，配有JTAG接口、打印接口和RS485接口，能方便地与上位机进行通讯联接；具有良好的扩展性能。

以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种超声波明渠流量计，其包括量水堰槽(1)、设于量水堰槽上方的至少一个检测组件(2)和与所述的检测组件(2)通讯联接的处理组件(3)；所述的检测组件(2)包括微控制器(20)、超声波发射电路(22)、超声波接收电路(23)和与所述的处理组件(3)通信的通讯模块(21)，所述的超声波发射电路(22)和超声波接收电路(23)中设置有发送和接受一体化的防水超声波传感器(26)，所述的处理组件(3)包括微处理器(30)，及与所述的微处理器(30)联接的通讯部件(31)；所述的通讯部件(31)与通讯模块(21)通讯联接；其特征在于：还包括标准杆(4)，所述的标准杆(4)与所述的检测组件(2)固定。

2.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的超声波接收电路(23)包括前置放大电路、带通滤波电路和信号变换电路，所述的前置放大电路由集成运放组成的自举式同相交流放大电路。

3.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的通讯部件(31)包括RS485通信接口与通讯模块(21)的包括RS232通讯接口。

4.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的通讯部件(31)还包括与上位机(5)通信的以太网接口。

5.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的微处理器(30)还联接有用于测试和编程的JTAG接口(36)。

6.根据权利要求4所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于；所述的超声波传感器(26)的型号是ES3RUIT。

7.根据权利要求6所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的微处理器为ATmega128型芯片。

8.根据权利要求1至7中任一所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述的通讯部件(31)和通讯模块(21)为无线通信的两个终端。

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