CN220751261U - 一种多普勒流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多普勒流量计，包括多频率发射模块、多通道接收模块、信号处理模块、核心处理器和显示模块，其中，所述多频率发射模块用于发射多个不同频率的声波信号，所述多通道接收模块用于接收多个频率的反射信号，信号处理模块用于通过反射信号提取有关流体速度和流量的原始数据，并对原始数据进行处理和分析以获得预处理数据，所述核心处理器用于通过对信号处理模块接收到的预处理数据进行计算和分析以获得测量数据，所述显示模块用于将测量数据可视化并提供给操作人员。

Description

一种多普勒流量计

技术领域

本实用新型涉及流量测量技术领域，更具体地说，涉及一种多普勒流量计。

背景技术

多普勒流量计是运用超声波多普勒原理来测量的，根据运用场景的不同，又可以称其为河道流量计、下水道流量计、渠道流量计、农田溉灌流量计、非满管流量计等。它既不需要跟电磁流速流量计一样截开管道安装管段式传感器，也不需要使用截流装置，更不要安装固定的堰槽来控制水流从固定出口流淌，广泛应用于工业、水利、灌溉等行业，适用于满管、非满管、明渠、下水道等的流量测量。

目前，现有的多普勒流量计使用过程中，采用的是通过单频发射和单频接收进行测量的，只能测量特定的流体性质(如液体密度和粘度)以实现准确的测量，在不同流体条件下，需要额外的校准和调整，以满足不同工况的需求，因此其难以适应不同的环境。并且抗干扰能力差，对流体中存在的气泡、颗粒物质或悬浮物质较为敏感，导致测量结果不准确。通常还需要定期的校准和维护，以确保测量结果的准确性和可靠性，因此维护不便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多普勒流量计。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种多普勒流量计，包括多频率发射模块、多通道接收模块、信号处理模块、核心处理器和显示模块，其中，所述多频率发射模块用于发射多个不同频率的声波信号，所述多通道接收模块用于接收多个频率的反射信号，信号处理模块用于通过反射信号提取有关流体速度和流量的原始数据，并对原始数据进行处理和分析以获得预处理数据，所述核心处理器用于通过对信号处理模块接收到的预处理数据进行计算和分析以获得测量数据，所述显示模块用于将测量数据可视化并提供给操作人员。

优选的，多频率发射模块包括多个发射器单元，每个发射器单元用于产生不同频率的声波信号，每个发射器单元均包括频率发生器电路和功率放大器电路，用于产生和放大声波信号，核心处理器用于选择并激活不同频率的发射器单元；多通道接收模块由多个接收通道组成，每个接收通道用于接收不同频率的反射信号，所述接收通道包括低噪声放大器电路、滤波器电路和检波器电路，用于增强和处理接收到的信号。

优选的，所述信号处理模块包括前端接收电路、频谱分析电路、多普勒频移计算电路和数字信号处理器，所述频谱分析电路的输入端与前端接收电路连接，输出端与多普勒频移计算电路连接，所述数字信号处理器的输入端与多普勒频移计算电路连接。

优选的，所说数字信号处理器还连接有模数转换电路，所述模数转换电路与前端接收电路连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

优选的，所述核心处理器连接有数据存储模块和数据通信模块，所述核心处理器通过所述数据存储模块将测量数据存储在数据库中，所述核心处理器通过数据通信模块将实时测量数据传输到云端上。

优选的，所述多普勒流量计包括壳体和设置在壳体内的电路结构，所述壳体包括上壳体和下壳体；所述上壳体与下壳体相对的一侧上设有环形的密封架，所述下壳体上侧设有与密封架对应的开槽，且其外侧壁上环设有多个横向的穿过所述开槽的密封孔，所述开槽内设有弹性密封条，所述密封架上横向贯穿有对应密封孔的定位孔，所述定位孔和所述密封孔内均设有螺纹，任一定位孔和与其对应密封孔的形成与螺栓螺纹连接的螺孔；所述开槽的内侧壁上设有对应密封孔的环形台阶，所述环形台阶设有套设在螺栓上的密封圈。

优选的，所述壳体的上端设置有接头，所述接头上安装有连接线，所述连接线下端连接有测量头。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的多普勒流量计能够同时使用多个频率的声波信号进行测量，从而提供更多的信息以计算流速，增加了测量的准确性和稳定性，即使是在液体中存在不均匀性或气泡等干扰情况下依然可以准确地测量。测量开始时，多频率多普勒流量计会通过一个或多个发射单元发射声波信号进入流体中。这些声波信号通常具有不同的频率，以增加测量的可靠性和精确性。发射的声波信号会在流体中传播，其中一部分被流体粒子散射，另一部分可能会被气泡或其他颗粒反射。接收器会接收到反射回来的声波信号。每个频率的声波信号都会以不同的频率返回。通过测量反射信号的多普勒频移(频率变化)，可以计算出流体中的颗粒或流速的信息。多频率多普勒流量计会对接收到的多普勒频移进行分析和处理。将多个频率的数据合并，以获得准确的流速或颗粒测量结果。最后，测量结果通常以数字形式显示在仪表上或通过通信接口传输给其他系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本实用新型较佳实施例的多普勒流量计的电路结构框图；

图2是本实用新型较佳实施例的多普勒流量计的外观结构图；

图3是本实用新型较佳实施例的多普勒流量计的壳体剖视图；

图4是本实用新型较佳实施例的多普勒流量计的壳体剖视图的局部放大图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型较佳实施例的多普勒流量计如图1所示，包括多频率发射模块1、多通道接收模块2、信号处理模块3、核心处理器4和显示模块5，多频率发射模块1用于发射多个不同频率的声波信号，多通道接收模块2用于接收多个频率的反射信号，信号处理模块3用于通过反射信号提取有关流体速度和流量的原始数据，并对原始数据进行处理和分析以获得预处理数据，核心处理器4用于通过对信号处理模块3接收到的预处理数据进行计算和分析以获得测量数据，显示模块5用于将测量数据可视化并提供给操作人员。

不同的流速范围可能需要不同的频率。较高的频率通常用于高速流体，而较低的频率适用于低速流体。具有不同粘度或密度的流体可能对不同频率的声波产生不同的响应。对于需要更高精度的测量，可以选择适当频率以获得更准确的多普勒频移测量。在存在气泡或颗粒的情况下，不同频率的声波可能受到不同程度的散射或干扰。选择合适的频率有助于减小干扰。因此，本实用新型的多频率多普勒流量计的使用方法为：首先同时发射多个频率的声波信号：多频率多普勒流量计的发射器会同时发射多个频率的声波信号，这些声波信号具有不同的频率。接收通道接收从流体中反射回来的声波信号，每个频率的声波信号都会以不同的频率返回。针对每个频率的反射信号，流量计会分析多普勒频移，以确定流体速度和颗粒运动的信息。据分析的结果，流量计可以自动选择最适合的频率进行测量。核心处理器若判断某个频率的信号受到干扰或不能提供准确的测量结果，则选择另一个频率来进行测量。因此本实用新型的多普勒流量计在不同条件下灵活地选择合适的频率，以适应流体的性质和测量要求，提高了测量的稳定性和准确性。

举例来说，考虑一个多频率多普勒流量计用于测量城市供水管道中的水流速。在这种情况下：

如果管道中的水流速较高，可以选择较高的频率，因为高频率的声波对高速水流的多普勒频移更敏感。

如果管道中的水流速较低，可以选择较低的频率，因为低频率声波可能更适合低速水流的测量。

如果水中有气泡或颗粒，可以根据这些干扰的特性选择适当的频率来最小化干扰对测量的影响。

总之，频率的选择应根据具体的应用情况和测量要求来进行，以确保获得最准确的流速和颗粒浓度测量结果。

如图1所示，多频率发射模块1包括多个发射器单元，每个发射器单元用于产生不同频率的声波信号，每个发射器单元均包括频率发生器电路11和功率放大器电路12，用于产生和放大声波信号，控制电路用于选择并激活不同频率的发射器单元。通过频率发生器电路生成所需频率的声波信号，通过功率放大器电路来增强该声波信号的强度，以确保它具有足够的能量可以在流体中传播，为了确保不同发射器单元能够协同工作，本实施例采用一个控制电路来同步它们的操作。控制电路包括时钟源、触发器和调制器，用于确保每个发射器单元按照预定的频率和时间序列工作。多频率发射模块1还包括一个换能器，换能器用于将电信号转化为声波信号。

如图1所示，多通道接收模块2由多个接收通道组成，每个接收通道用于接收不同频率的反射信号，接收通道包括低噪声放大器电路、滤波器电路和检波器电路，用于增强和处理接收到的信号。低噪声放大器电路，用于增强接收到的信号的强度，以提高信噪比，可以更准确地检测和分析信号。滤波器电路用于限制接收信号的频率范围，以确保只有来自特定频率的信号被传递到后续的处理步骤，能有效的消除其他频率的干扰。检波器电路用于检测和解调接收到的信号，以获取有关反射信号的信息，具体的，将高频多普勒信号转换为低频信号，以便进行后续的分析。

如图1所示，信号处理模块3包括前端接收电路、频谱分析电路、多普勒频移计算电路和数字信号处理器，频谱分析电路的输入端与前端接收电路连接，输出端与多普勒频移计算电路连接，数字信号处理器的输入端与多普勒频移计算电路连接。前端接收电路用于接收从接收器传来的原始反射信号。频谱分析电路用于将时域信号转换为频域信号，以识别不同频率成分。多普勒频移计算电路用于计算多普勒频移，通过计算反射信号和发射信号的频率差值，确定流速变化。数字信号处理器(DSP)负责整合来自多个通道的数据，以获得全面的流速和颗粒浓度测量结果，DSP可以将处理后的数据可视化为图形或数字显示，使其通过显示模块显示，以便操作员或监控系统实时监视流体的流动情况。核心处理器向显示单元发送处理后的数据时还进行监测测量数据，如果发现异常或超出设定范围，可以触发报警，并将相关信息显示在屏幕上。核心处理器与操作界面连接，使操作人员与流量计进行交互，操作人员可以使用界面配置参数、进行校准和监控流量测量过程。

如图1所示，所说数字信号处理器还连接有模数转换电路，模数转换电路与前端接收电路连接，用于将模拟信号转换为数字信号。若反射信号是模拟信号，信号处理单元则设置模数转换电路，将模拟信号转换为数字格式，以进行数字信号处理。

超声波接收端和DSP处理器之间设置有滤波放大电路，滤波放大电路包括顺次连接的前置放大电路、带通滤波器放大器、混频器和低通滤波器，前置放大电路连接于超声波接收端，低通滤波器连接于DSP处理器，其中混频器还连接于功率放大电路。混频器连接于功率放大电路的目的是采集功率放大后的原始的超声波发射电信号，以用于后续与超声波接收端接收到的反射波电信号作比较。

如图1所示，核心处理器4连接有数据存储模块6和数据通信模块7，核心处理器4通过数据存储模块将测量数据存储在数据库中，核心处理器4通过数据通信模块7将实时测量数据传输到云端上。核心处理器将测量数据存储在内部或外部存储介质中，以供后续分析、记录和审查历史数据。数据记录有助于跟踪流量的变化和性能趋势。核心处理器可以通过通信接口将数据传输到云端或其他外部设备，有助于实现实时数据传输和远程监测。

如图3和图4所示，所述多普勒流量计包括壳体和设置在壳体内的电路结构，所述壳体包括上壳体9和下壳体8，电路结构包括多频率发射模块、多通道接收模块、信号处理模块、核心处理器和显示模块；所述上壳体9与下壳体相对的一侧上设有环形的密封架91，所述下壳体8上设有与密封架91对应的开槽81，且其外侧壁上环设有多个横向的穿过所述开槽81的密封孔82，所述开槽81内设有弹性密封条83，所述密封架上横向贯穿有对应密封孔82的定位孔92，所述定位孔92和所述密封孔82内均设有螺纹，任一定位孔92和与其对应密封孔82的形成与螺栓螺纹连接的螺孔；开槽81的内侧壁上设有对应密封孔82的环形台阶83，环形台阶83设有套设在螺栓上的密封圈84。装配时，将上壳体上的密封架与下壳体的开槽槽相对，而后使上壳体下压，使得密封架挤压弹性密封条82，同时定位孔与密封孔同轴形成螺孔，然后通过螺栓拧入螺孔，拆装方便，且在螺丝出现松动时，依旧能够起到防水防尘效果，整体结构简单，成本低。

如图2所示，壳体8的上端设置有接头85，接头85上安装有连接线86，连接线86下端连接有测量头10。

本实用新型的多普勒流量计能够同时使用多个频率的声波信号进行测量，从而提供更多的信息以计算流速，增加了测量的准确性和稳定性，即使是在液体中存在不均匀性或气泡等干扰情况下依然可以准确地测量。测量开始时，多频率多普勒流量计会通过一个或多个发射单元发射声波信号进入流体中。这些声波信号通常具有不同的频率，以增加测量的可靠性和精确性。发射的声波信号会在流体中传播，其中一部分被流体粒子散射，另一部分可能会被气泡或其他颗粒反射。接收器会接收到反射回来的声波信号。每个频率的声波信号都会以不同的频率返回。通过核心处理器测量反射信号的多普勒频移，可以计算出流体中的颗粒或流速的信息。多频率多普勒流量计会对接收到的多普勒频移进行分析和处理。将多个频率的数据合并，以获得准确的流速或颗粒测量结果。最后，测量结果通常以数字形式显示在仪表上或通过通信接口传输给其他系统。

应当理解的是，本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多普勒流量计，其特征在于，包括多频率发射模块(1)、多通道接收模块(2)、信号处理模块(3)、核心处理器(4)和显示模块(5)，所述多频率发射模块(1)用于发射多个不同频率的声波信号，所述多通道接收模块(2)用于接收多个频率的反射信号，信号处理模块(3)用于通过反射信号提取有关流体速度和流量的原始数据，并对原始数据进行处理和分析以获得预处理数据，所述核心处理器(4)用于通过对信号处理模块(3)接收到的预处理数据进行计算和分析以获得测量数据，所述显示模块(5)用于将测量数据可视化并提供给操作人员。

2.根据权利要求1所述的多普勒流量计，其特征在于，多频率发射模块(1)包括控制电路和多个发射器单元，每个发射器单元用于产生不同频率的声波信号，每个发射器单元均包括频率发生器电路和功率放大器电路，用于产生和放大声波信号，控制电路用于选择并激活不同频率的发射器单元；多通道接收模块(2)由多个接收通道组成，每个接收通道用于接收不同频率的反射信号，所述接收通道包括低噪声放大器电路、滤波器电路和检波器电路，用于增强和处理接收到的信号。

3.根据权利要求1所述的多普勒流量计，其特征在于，所述信号处理模块(3)包括前端接收电路、频谱分析电路、多普勒频移计算电路和数字信号处理器，所述频谱分析电路的输入端与前端接收电路连接，输出端与多普勒频移计算电路连接，所述数字信号处理器的输入端与多普勒频移计算电路连接。

4.根据权利要求3所述的多普勒流量计，其特征在于，所说数字信号处理器还连接有模数转换电路，所述模数转换电路与前端接收电路连接，用于将模拟信号转换为数字信号。

5.根据权利要求1所述的多普勒流量计，其特征在于，所述核心处理器(4)连接有数据存储模块(6)和数据通信模块(7)，所述核心处理器(4)通过所述数据存储模块(6)将测量数据存储在数据库中，所述核心处理器(4)通过数据通信模块(7)将实时测量数据传输到云端上。

6.根据权利要求1所述的多普勒流量计，其特征在于，所述多普勒流量计包括壳体和设置在壳体内的电路结构，所述壳体包括上壳体(9)和下壳体(8)；所述上壳体(9)与下壳体相对的一侧上设有环形的密封架(91)，所述下壳体(8)上设有与密封架(91)对应的开槽(81)，且其外侧壁上环设有多个横向的穿过所述开槽(81)的密封孔(82)，所述开槽(81)内设有弹性密封条(83)，所述密封架上横向贯穿有对应密封孔(82)的定位孔(92)，所述定位孔(92)和所述密封孔(82)内均设有螺纹，任一定位孔(92)和与其对应密封孔(82)的形成与螺栓螺纹连接的螺孔。

7.根据权利要求6所述的多普勒流量计，其特征在于，所述壳体(8)的上端设置有接头(85)，所述接头(85)上安装有连接线(86)，所述连接线(86)下端连接有测量头(10)。