CN205719134U - 一种多声道超声波多普勒流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多声道超声波多普勒流量测量装置，包括压力式水位计、MCU控制单元、PLL频率发生器、超声波驱动电路、第一切换电路、多个发送换能器、多个接收换能器、第二切换电路、混频器和频率计，其中，一个发送换能器对应一个接收换能器。本实用新型设计了多个发送换能器和多个接收换能器，每一对换能器在流体的放置角度不同，对流域范围内不同角度的流速进行测量，采用多声道切换方式，降低了由于流体分布不均匀达到的测量误差，采用平均流速，使测量的精度更高，并且采用超声波多普勒原理，能够适用于污水或相对干净的水体，其适用的环境更多。

Description

一种多声道超声波多普勒流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及流体流量测量技术领域，具体涉及一种多声道超声波多普勒流量测量装置。

背景技术

目前我国城市管网、灌区、明渠流量采集的主要使用为水位流量关系法，特别是在南方灌区渠道落差小取水口多，大部分为非自然出流，需要修建量水建筑物，工程造价高。而城市管网管网环境恶劣，基本没有相应的监测手段。流速面积法流量计主要以进口产品为主，价格昂贵动辄几十万，只能在部分地点安装，且维护成本较高。

液位法，主要依据水力学基本原理，当水流过标准的槽或堰(典型的如巴歇尔槽、三角堰、矩形堰)时，流量与液位高度成一定的函数关系，通过测量流过标准断面的液位，换算成流量。液位测量通常采用超声波液位计进行自动测量，这类方法的流量测量精度通常为±3％左右，且需要固定断面工程造价高，测量精度较低。

流速面积法同时测量渠道或横断面上的平均流速和液位，根据液位得到横截面积，从而计算流量。常见的流速面积法多为进口产品，造价昂贵。

常用的流量计多为以下几种：超声波时差法流量计，电磁流量计，涡轮转子流量计，超声波明渠流量计等。超声波时差法流量计只能用于干净的水，无法应用含有杂质的自然水域；电磁流量计只能用于污水管道，且必须是满管测量；涡轮转子流量计容易被杂物挡住，造成设备损坏，不能用于自然水域流量测量；超声波明渠流量计采用液位法测量水位，但需要建造断面造价昂贵，施工量较大。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种多声道超声波多普勒流量测量装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

本实用新型提供了一种多声道超声波多普勒流量测量装置，包括压力式水位计、MCU控制单元、PLL频率发生器、超声波驱动电路、第一切换电路、多个发送换能器、多个接收换能器、第二切换电路、混频器和频率计，其中，一个发送换能器对应一个接收换能器；

所述压力式水位计连接所述MCU控制单元的一个输入端，所述MCU控制单元、所述PLL频率发生器、所述超声波驱动电路以及所述第一切换电路依次连接，所述第一切换电路与多个发送换能器轮流连接，所述PLL频率发生器还与所述混频器连接，接收信号的接收换能器与第二切换电路连接，所述第二切换电路、混频器和频率计依次连接，所述频率计所述MCU的另一个输入端连接。

本实用新型的有益效果为：设计了多个发送换能器和多个接收换能器，采用多声道切换方式，降低了由于流体分布不均匀达到的测量误差，采用平均流速，使测量的精度更高，并且采用超声波多普勒原理，能够适用于污水或相对干净的水体，其适用的环境更多。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以作如下改进。

进一步的，每一个发送换能器和对应的一个接收换能器组成的每一对换能器放置在流体中的不同角度位置。

所述进一步的有益效果为：每一对换能器放置在流体中的角度位置不同，可以测量不同角度的流体流速，再平均出来的流体流速更能反映真实的流体流速。

进一步的，还包括低噪声放大电路，所述低噪声放大电路连接在第二切换电路与所述混频器之间。

进一步的，还包括滤波放大电路，所述滤波放大电路连接在所述混频器与所述频率计之间。

所述进一步的有益效果为：对混频器输出的差频信号进行滤波放大，去除其中的干扰信号。

进一步的，还包括供电电路，所述供电电路连接测量装置中的各个部件，为各个部件供电。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种多声道超声波多普勒流量测量装置示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例、一种多声道超声波多普勒流量测量装置。

参见图1，本实施例提供的多声道多普勒流量测量装置包括压力式水位计、MCU控制单元、PLL(PhaseLockedLoop，锁相环)频率发生器、超声波驱动电路、第一切换电路、多个发送换能器、多个接收换能器、第二切换电路、混频器和频率计，其中，一个发送换能器对应一个接收换能器；

所述压力式水位计连接所述MCU控制单元的一个输入端，所述MCU控制单元、所述PLL频率发生器、所述超声波驱动电路以及所述第一切换电路依次连接，所述第一切换电路与多个发送换能器轮流连接，所述PLL频率发生器还与所述混频器连接，接收信号的接收换能器与第二切换电路连接，所述第二切换电路、混频器、频率计依次连接，所述频率计所述MCU的另一个输入端连接。本实施例中的每一个发送换能器和对应的一个接收换能器组成的每一对换能器放置在流体中的不同角度位置。

其中，还包括低噪声放大电路和滤波放大电路，所述低噪声放大电路连接在第二切换电路与所述混频器之间，所述滤波放大电路连接在所述混频器与所述频率计之间。流量测量装置中还包括供电电路，所述供电电路连接测量装置中的各个部件，为各个部件供电。

采用本实施例提供的流量测量装置的具体工作原理为：MCU控制单元控制PLL频率发生器产生两路频率为F1的激励信号，一路激励信号作用于超声波驱动电路使超声波换能器上产生频率为F1的声波，第一切换电路用于切换来自超声波驱动电路的信号使之轮流作用于多个发送换能器，一个发送换能器对应一个每一个接收换能器，一个发送换能器和一个接收换能器组成一组换能器，本实施例中的每一组换能器在水域放置的角度不同。第二切换电路将切换到与发送换能器对应的接收换能器上，接收换能器接收发送换能器的信号，由于流体水域中固体颗粒的运动，接收换能器接收到的信号的频率与发送换能器发送的信号的频率会有所改变，接收换能器接收到的信号的频率为F2。接收换能器接收到的信号经过低噪声放大电路进行放大后进入混频器，PLL频率发生器产生的另一路频率为F1的信号也进入混频器，频率为F1的信号与频率为F2的信号进入混频器后得到一个差频信号，频率为F3，差频F3即是多普勒效应而产生的。差频信号经过滤波放大电路进行滤波放大后进入频率计，频率计从差频信号中提取差频F3，并将该差频F3送入MCU控制单元，MCU单元根据差频F3计算得到流速。针对每一组换能器，MCU控制单元均计算出一个对应的流速，MCU控制单元将这些流速进行平均，得到平均流速。随后，MCU控制单元根据平均流速和压力式水位计测量的水位，利用速度面积法得到流量信息。

本实用新型提供的一种多声道超声波多普勒流量测量装置，设计了多个发送换能器和多个接收换能器，每一个发送换能器和每一个接收换能器组成一组换能器，每一组换能器在流体的放置角度不同，对流域范围内不同角度的流速进行测量，本实用新型采用多声道切换方式，降低了由于流体分布不均匀达到的测量误差，采用平均流速，使测量的精度更高，并且采用超声波多普勒原理，能够适用于污水或相对干净的水体，其适用的环境更多。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多声道超声波多普勒流量测量装置，其特征在于，包括压力式水位计、MCU控制单元、PLL频率发生器、超声波驱动电路、第一切换电路、多个发送换能器、多个接收换能器、第二切换电路、混频器和频率计，其中，一个发送换能器对应一个接收换能器；

所述压力式水位计连接所述MCU控制单元的一个输入端，所述MCU控制单元、所述PLL频率发生器、所述超声波驱动电路以及所述第一切换电路依次连接，所述第一切换电路与多个发送换能器轮流连接，所述PLL频率发生器还与所述混频器连接，接收信号的接收换能器与第二切换电路连接，所述第二切换电路、混频器和频率计依次连接，所述频率计所述MCU的另一个输入端连接。

2.如权利要求1所述的多声道超声波多普勒流量测量装置，其特征在于，每一个发送换能器和对应的一个接收换能器组成的每一对换能器放置在流体中的不同角度位置。

3.如权利要求1所述的多声道超声波多普勒流量测量装置，其特征在于，还包括低噪声放大电路，所述低噪声放大电路连接在第二切换电路与所述混频器之间。

4.如权利要求1所述的多声道超声波多普勒流量测量装置，其特征在于，还包括滤波放大电路，所述滤波放大电路连接在所述混频器与所述频率计之间。

5.如权利要求1所述的多声道超声波多普勒流量测量装置，其特征在于，还包括供电电路，所述供电电路连接测量装置中的各个部件，为各个部件供电。