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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Durchflussmessung und insbesondere ein Ultraschall-Messsystem und ein Messverfahren hierfür.
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HINTERGRUND
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Ein Ultraschall-Durchflusssensor (USF) ist eine Vorrichtung zur Messung des Volumens eines Fluids basierend auf der Veränderung in der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Ultraschallstrahls, die sich verändert, wenn das Fluid strömt. Der Ultraschall-Durchflusssensor umfasst im Allgemeinen zwei Ultraschallsensoren, die Sender und Empfänger für gegenseitige Ultraschallwellensignale und elektrische Signale sind. Jeder Ultraschallsensor umfasst ein Gehäuse und eine piezoelektrische Keramikplatte, die durch ein Antriebssignal bestromt werden kann, um die Endebene des unteren Gehäuseteils in Schwingung zu versetzen, um Ultraschallwellen zu erzeugen. Der Ultraschallsensor wird für die Durchflussmessung verwendet, und ist ausgelegt, das Empfangssignal über eine Verbindungsleitung zwischen dem Ultraschallsensor und der Durchflussverarbeitungsvorrichtung an eine Durchflussverarbeitungsvorrichtung zu übertragen.
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Das Empfangssignal des Ultraschallsensors kann jedoch während der Übertragung abgeschwächt werden, was zu einer verringerten Messgenauigkeit des Flusses durch die Strömungsverarbeitungsvorrichtung führt.
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DARSTELLUNG
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Auf Grundlage der obenstehenden Ausführungen ist es notwendig, ein Ultraschallmesssystem und ein Messverfahren hierfür bereitzustellen, um dem Problem zu begegnen, dass sich das Empfangssignal des Ultraschallsensors während der Übertragung abschwächt, was die Abnahme der Messgenauigkeit der Durchflussmessung durch die Strömungsverarbeitungsrichtung verursacht.
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Es wird ein Ultraschallmesssystem bereitgestellt, welches eine Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung beinhaltet und zumindest zwei Mess-Teilsysteme, die an unterschiedlichen zu messenden Bereichen befestigt sind, wobei jedes Mess-Teilsystem einen primären Messsensor und einen sekundären Messsensor aufweist, der sekundäre Messsensor umfassend ein erstes Gehäuse und ein erstes Umwandlungselement, ein Messverarbeitungselement und ein Signalsteuerelement, die jeweils in dem ersten Gehäuse befestigt sind, wobei das erste Umwandlungselement ferner an einer unteren Endfläche des ersten Gehäuses befestigt ist, wobei der sekundäre Messsensor ein zweites Gehäuse umfasst, und ein zweites Übertragungselement, das an einer unteren Endfläche des zweiten Gehäuses befestigt ist, wobei das Signalsteuerelement jeweils an das erste Übertragungselement, das zweite Übertragungselement und das Element zur Verarbeitung der Messung gekoppelt ist, und konfiguriert ist, ein elektrisches Signal an die ersten und zweiten Umwandlungselemente zu senden, wobei die ersten und zweiten Umwandlungselemente ausgelegt sind, das elektrische Signal in ein Ultraschallwellensignal umzuwandeln, und das Ultraschallwellensignal an einen jeweils zu messenden Kanal zu übertragen, das erste Umwandlungselement ferner ausgelegt ist, ein von dem zweiten Umwandlungselement übertragenes Ultraschallwellensignal zu empfangen, das empfangene Ultraschallwellensignal in ein zweites Empfangssignal umzuwandeln und das zweite Empfangssignal an das Signalsteuerelement zu übertragen, das zweite Umwandlungselement ferner ausgelegt ist, ein von dem ersten Umwandlungselement übertragenes Ultraschallwellensignal zu empfangen, das empfangene Ultraschallwellensignal in ein erstes Empfangssignal umzuwandeln und das erste Empfangssignal an das Signalsteuerelement zu übertragen, das Signalsteuerelement ferner konfiguriert ist, Signalparameter zu erlangen, die dem elektrischen Signal, dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal entsprechen und die entsprechenden Signalparameter an das Messverarbeitungselement zu übertragen, wobei das Messverarbeitungselement konfiguriert ist, die entsprechenden Signalparameter für jedes Mess-Teilsystem in eine Größe eines Teilsystems umzurechnen, wobei das Messverarbeitungselement jedes Mess-Teilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung gekoppelt ist, um jeweils die Größe des Teilsystems des jeweiligen Messteilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung zu übertragen, und die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung konfiguriert ist, die Größe des Teilsystems des jeweiligen Messteilsystems in eine Messgröße umzuwandeln.
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Es wird ein Messverfahren mit dem obenstehenden Ultraschall-Messsystem angegeben, umfassend die Schritte:
Übertragen, jeweils durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten elektrischen Signals des Signalsteuerelements an das erste Wandlungselement,
Empfangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten Empfangssignals, das erhalten wird durch eine Wandlung eines empfangenen ersten Ultraschallwellensignals von dem ersten Wandlungselement in das jeweilige Signalsteuerelement, wobei das erste Ultraschallwellensignal von dem ersten Wandlungselement übertragen wird,
Erlangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten Signalparameters, der jeweils dem in dem ersten Signalsteuerelement empfangenen ersten Empfangssignal entspricht,
Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines zweiten elektrischen Signals des zweiten Signalsteuerelements an das jeweilige zweite Wandlungselement;
Empfangen, durch jedes Messteilsystem, eines zweiten Empfangssignals, das erhalten wird durch eine Wandlung eines empfangenen zweiten Ultraschallwellensignals in das jeweilige Signalsteuerelement, wobei das zweite Ultraschallwellensignal von dem zweiten Wandlungselement übertragen wird;
Erlangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines zweiten Signalparameters, der jeweils dem in dem ersten Signalsteuerelement empfangenen zweiten Empfangssignal entspricht,
Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, der ersten und zweiten Signalparameter an das Messverarbeitungselement, derart, dass das Messverarbeitungselement die ersten und zweiten Signalparameter gemäß einer vorgegebenen Regel in die Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems umwandelt; und
Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, der Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung derart, dass die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer vorgegebenen Zusammenfassungsregel Größen von allen Mess-Teilsystemen in eine Messgröße umwandelt.
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Für das obenstehende Ultraschallmesssystem und ein Messverfahren hierfür wird die Messung mit der Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung und zumindest zwei Mess-Teilsystemen, die an verschiedenen zu messenden Bereichen befestigt sind, durchgeführt, wobei jedes Mess-Teilsystem unabhängig ein Signalsteuerelement und ein Messverarbeitungselement aufweist. Jedes Mess-Teilsystem kann unabhängig die ersten und zweiten Wandlungselemente dahingehend steuern, ein Ultraschallwellensignal zu übertragen oder ein Ultraschallwellensignal zu erfassen, und die Signalparameter entsprechend den von den ersten und zweiten Wandlungselementen erfassten Signalen zu erlangen, und kann unabhängig das Messverarbeitungselement steuern, um die Signalparameter zu verarbeiten, um unmittelbar die Teilsystemgröße zu erzeugen. Es besteht keine Vorgabe für die Fernübertragung des von den ersten und zweiten Messsensoren erfassten Signals, was den durch die Ausbreitungsverzögerung des Signals erzeugten Fehler verringern kann, währenddessen die Übertragungsleitung entfällt und der Bauraum der Messvorrichtung verringert wird, und kann wirksam die Einwirkung von instabilen Umweltfaktoren auf die Signalausbreitung verhindern, um die Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit des Mess-Teilsystems zu verbessern. Die Teilsystemgröße jedes Mess-Teilsystems kann ferner jeweils derart an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden, dass die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung die Teilsystem-Messgröße jedes Mess-Teilsystems in eine Messgröße umwandeln kann, und der gleichzeitig in verschiedenen Messungsbereichen gemessene Wert ferner in die Messgröße umgerechnet werden kann, um die vorübergehende Beeinflussung in der zu messenden Größe auf den finalen Messwert zu verhindern, das bedeutet, es kann ein genauerer endgültiger Messwert anhand der verschiedenen Messbereiche erzielt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine erste Implementierung des Ultraschall-Messsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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2 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine erste Implementierung des Mess-Teilsystems von dem Ultraschallmesssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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3 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine zweite Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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4 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine zweite Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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5 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine dritte Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine erste Implementierung des Messverfahrens des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Offenbarung kann am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.
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Bezugnahme auf die 1 und 2: 1 ist ein schematisches Strukturdiagramm, das eine erste Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt, und 2 ist ein schematisches Strukturdiagramm, dass eine erste Implementierung des Mess-Teilsystems in dem Ultraschallmesssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Das Ultraschallmesssystem dieser Implementierung kann eine Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 und zumindest zwei Mess-Teilsysteme 200 beinhalten, die an unterschiedlichen zu messenden Bereichen befestigt sind. Jedes Mess-Teilsystem kann einen primären Messsensor 210 und einen sekundären Messsensor 220 beinhalten. Wie in 2 gezeigt ist, kann der primäre Messsensor 210 ein erstes Gehäuse und ein erstes Wandlungselement 1020, ein Messverarbeitungselement und ein Signalsteuerelement, die jeweils innerhalb des ersten Gehäuses befestigt sind, umfassen. Das erste Wandlungselement 1020 kann ferner an einer unteren Endfläche des ersten Gehäuses befestigt sein. Der sekundäre Messsensor kann ein zweites Gehäuse und ein zweites Wandlungselement 1030 beinhalten, das an einer unteren Endfläche des zweiten Gehäuses befestigt ist. Das Signalsteuerelement ist jeweils an das erste Wandlungselement 1020, das zweite Wandlungselement 1030 und die Vorrichtung zur Messverarbeitung gekoppelt und konfiguriert, ein elektrisches Signal an die ersten und zweiten Wandlungselemente 1020, 1030 zu übertragen. Die ersten und zweiten Wandlungselemente 1020, 1030 können ausgelegt sein, das elektrische Signal in ein Ultraschallwellensignal zu wandeln und das Ultraschallwellensignal an einen jeweiligen zu messenden Kanal zu übertragen. Das erste Wandlungselement 1020 kann ferner ausgelegt sein, ein von dem zweiten Wandlungselement 1030 übertragenes Ultraschallwellensignal in ein zweites Empfangssignal zu wandeln und das zweite Empfangssignal an das Signalsteuerelement zu übertragen. Das zweite Wandlungselement 1030 kann ferner ausgelegt sein, ein von dem ersten Wandlungselement 1020 übertragenes Ultraschallwellensignal in ein erstes Empfangssignal zu empfangen, das empfangene Ultraschallwellensignal in ein erstes Empfangssignal zu wandeln und das erste Empfangssignal an das Signalsteuerelement zu übertragen. Das Signalsteuerelement kann ferner konfiguriert sein, Signalparameter zu erlangen, die dem elektrischen Signal, dem ersten Empfangssignal und dem zweiten Empfangssignal entsprechen, und die entsprechenden Signalparameter an das Messverarbeitungselement zu übertragen. Das Messverarbeitungselement kann konfiguriert sein, die entsprechenden Signalparameter in eine Teilsystem-Größe für jedes Messsystem umzurechnen. Das Messverarbeitungselement von jedem der Mess-Teilsysteme 200 kann an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 gekoppelt sein, um die Messgröße des Teilsystems des jeweiligen Mess-Teilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 zu übertragen. Die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 kann konfiguriert sein, die Messgröße des jeweiligen Teilsystems in eine Messgröße umzurechnen.
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In dieser Implementierung wird die Messung mit der Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung und zumindest zwei Messsystemen durchgeführt, die an unterschiedlichen zu messenden Bereichen befestigt sind, wobei jedes Mess-Teilsystem unabhängig jeweils ein Signalsteuerelement und ein Verarbeitungselement besitzt. Jedes Mess-Teilsystem kann unabhängig die ersten und zweiten Wandlungselemente steuern, um ein Ultrawellensignal zu übertragen oder ein Ultraschallwellensignal zu erfassen und kann die Signalparameter, die den von den ersten und zweiten Übertragungselementen erfassten Signalen entsprechen, unabhängig steuern, um die Signalparameter zu verarbeiten, um unmittelbar die Teilsystem-Größe zu erzeugen. Es besteht keine Vorgabe für die Fernübertragung des von den primären und sekundären Messsensoren erfassten Signals, was den durch die Ausbreitungsverzögerung des Signals erzeugten Fehler verringern kann, währenddessen die Übertragungsleitung entfällt und der Bauraum der Messvorrichtung verringert wird, und kann wirksam die Einwirkung der instabilen Umweltfaktoren auf die Signalausbreitung verhindern, um die Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit des Mess-Teilsystems zu verbessern. Ferner kann die Messgröße des Teilsystems jeweils derart an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden, dass die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung die Messgröße von jedem Mess-Teilsystem in eine Messgröße umrechnen kann, und der Messwert, der gleichzeitig in unterschiedlichen Messbereichen gleichzeitig gemessen wurde, ferner in den Messwert umgerechnet werden kann, um die Einwirkung der Übergangsvariation in dem zu messenden Wert auf den finalen Messwert zu übertragen, das bedeutet, es kann durch Berücksichtigung der verschiedenen Messbereiche ein genauerer, endgültiger Messwert erzielt werden.
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Bei der Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 kann es sich um einen aus dem Stand der Technik bekannten Prozessor in einem Desktop-PC, einem Notebook-PC, einem persönlichen digitalen Assistenten, einem Smartphone, einem Tablet-PC oder dergleichen handeln. Die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 kann in dem Gehäuse des primären Messsensors 210 von einem der Mess-Teilsysteme montiert sein.
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Bei einer Ausführungsform kann das Ultraschall-Messsystem ferner eine Anzeigevorrichtung umfassen, die an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 gekoppelt ist, und ausgelegt ist, den Messwert und den Wert des Teilsystems jedes jeweiligen Teilsystems anzuzeigen.
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Das Mess-Teilsystem 200 kann genutzt werden, um den zu messenden Wert in unterschiedlichen, zu messenden Bereichen zu messen. Wird das Ultraschall-Messsystem verwendet, um den Flüssigkeitsstrom in einem Rohr mit größerem Durchmesser zu messen, kann jedes der Mess-Teilsysteme 200 an einem anderen Querschnitt senkrecht zum Durchmesser des Rohrs entlang der Durchmesserrichtung des Rohrs jeweils derart befestigt werden, dass jedes der Mess-Teilsysteme 200 zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit in einer jeweils anderen Schicht genutzt werden kann, und die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 den Messwert des jeweiligen Mess-Teilsystems in die Strömungsmenge des Rohrs umrechnen kann.
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Bevorzugt kann das Messverarbeitungselement die entsprechenden Signalparameter gemäß einer vorgegebenen Regel in die Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems umrechnen, und die Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 übertragen. Die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 100 kann die Größen aller Mess-Teilsysteme gemäß einer vorgegebenen Zusammenfassungsregel in einen Messwert umrechnen.
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Die vorgegebene Messeregel kann ferner eine Messregel eines Zeitdifferenzverfahrens sein, eine Messregel eines Frequenzdifferenzverfahrens, eine Messregel eines Phasendifferenzverfahrens oder etwas anderes sein. Die vorgegebene Zusammenfassungsregel kann eine Regel einer gewichteten Integration sein.
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In einer Ausführungsform kann das Ultraschallmesssystem ferner ein Messrohr umfassen. Die Mess-Teilsysteme können an unterschiedlichen Querschnitten in Axialrichtung des Messrohrs befestigt sein.
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Ferner kann jedes der Mess-Teilsysteme 200 ferner ein erstes und zweites Reflexionselement umfassen, die in dem ersten Messrohr befestigt sind. Das erste und zweite Reflexionselement und das erste Umwandlungselement schließen einen Winkel von 45 Grad ein, und das zweite Reflexionselement und das zweite Wandlungselement schließen einen Winkel von 135 Grad ein. Jede Gruppe der ersten und zweiten Reflexionselemente bildet einen Ultraschallwellenübertragungskanal für jedes Mess-Teilsystem 200 in dem Messrohr.
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Die ersten und zweiten Gehäuse können Metallgehäuse sein. In anderen Ausführungsformen können sie Gehäuse sein, die aus anderen Materialien gefertigt sind.
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Das Signalsteuerelement und das Messverarbeitungselement können auf einer PCB 1010 verbaut sein, die in dem ersten Gehäuse befestigt sein kann.
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Der sekundäre Messsensor 210 kann bevorzugt ferner eine schlagfeste Dichtungsvergußschicht umfassen, die zwischen die gedruckte Leiterplatte 1010 und eine obere Endoberfläche des ersten Gehäuses gefüllt wird.
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Bevorzugt können die Signalparameter, die dem elektrischen Signal entsprechen, das erste Empfangssignal und das zweite Empfangssignal eine Übertragungszeit zum Übertragen des elektrischen Signals an das erste Wandlungselement 1020, eine Übertragungszeit zum Übertragen des elektrischen Signals an das zweite Wandlungselement 1030, eine Zeit, in der das Signalsteuerelement das erste Empfangssignal empfängt, und eine Zeit in der das Signalsteuerelement das zweite Empfangssignal empfängt, beinhalten.
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Bei anderen Ausführungsformen können die Signalparameter, die dem elektrischen Signal entsprechen, das erste Empfangssignal und das zweite Empfangssignal ferner eine Pulsanzahl von Pulssignalen umfassen, die an das erste Wandlungselement übertragen wurden, bevor das Signalsteuerelement das erste Empfangssignal empfängt und eine Pulsanzahl an Pulssignalen, die an das erste Signalsteuerelement übertragen wurden, bevor das Signalsteuerelement das zweite Empfangssignal empfängt.
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Ferner kann der primäre Messsensor 210 dieser Implementierung ferner eine schlagfeste Dichtungsvergußschicht umfassen, die zwischen die gedruckte Leiterplatte 1010 und eine obere Endoberfläche des ersten Gehäuses gefüllt wird.
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Ferner kann der primäre Messsensor 210 dieser Implementierung ferner ein Verbindungsbauteil umfassen, das ein Verbindungskabel, eine Verbindungsfeder oder etwas anderes sein kann. Das Verbindungsbauteil wird zwischen die PCB 1010 und das erste Wandlungselement 1020 verbunden. In anderen Ausführungsformen können andere Verbindungselemente zwischen der PCB 1010 und dem ersten Wandlungselement 1020 angeordnet sein.
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Die ersten und zweiten Wandlungselemente 1020, 1030 können piezoelektrische Keramikplatten sein. In anderen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Wandlungselemente 1020, 1030 ferner andere piezoelektrische Elemente sein, die aus herkömmlichen Materialien der Technik, wie etwa elektrostriktiven piezoelektrischen Kristallen und magnetostriktiven Ni-Fe-Al-Legierungen gefertigt sind.
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In einer Ausführungsform kann der Messvorgang des Mess-Teilsystems 200 umfassen: Übertragen, von dem Signalsteuerelement, eines ersten elektrischen Signals an das erste Wandlungselement 1020 und erlangen der Übertragungszeit des ersten elektrischen Signals; Umwandeln von dem ersten Wandlungselement 1020 des ersten elektrischen Signals in ein erstes Ultraschalwellensignal, und Übertragen des ersten Ultraschallwellensignals an den zu messenden Kanal; Empfangen von dem zweiten Umwandlungselement 1030 des ersten Ultraschallwellensignals, Umwandeln des ersten Ultraschallwellensignals in ein erstes Empfangssignal und Übertragen des ersten Empfangssignals an das Signalsteuerelement; Empfangen von dem Signalsteuerelement des ersten Empfangssignals, und Erlangen einer Empfangszeit des ersten Empfangssignals; Übertragen von dem Signalsteuerelement eines zweiten elektrischen Signals an das zweite Wandlungselement 1030 und Erlangen der Übertragungszeit des zweiten elektrischen Signals; Umwandeln von dem zweiten Wandlungselement 1030 des zweiten elektrischen Signals in ein zweites Ultraschallwellensignal, und Übertragen des ersten Ultraschallwellensignals an den zu messenden Kanal; Empfangen von dem ersten Wandlungselement 1020 des zweiten Ultraschallwellensignals und Umwandeln des zweiten Ultraschallwellensignals in ein zweites Empfangssignal und Übertragen des ersten Empfangssignals an das Signalsteuerelement; Empfangen von dem Signalsteuerelement des zweiten Empfangssignals, und Erlangen einer Empfangszeit des zweiten Empfangssignals; Übertragen von dem Signalsteuerelement die Übertragungszeit des ersten elektrischen Signals, die Empfangszeit des ersten Empfangssignals, die Übertragungszeit des zweiten elektrischen Signals und die Empfangszeit des zweiten Empfangssignals an das Messverarbeitungselement; Konvertieren von dem Messverarbeitungselement der Übertragungszeit des ersten elektrischen Signals, der Empfangszeit des ersten Empfangssignals, der Übertragungszeit des zweiten elektrischen Signals und der Empfangszeit des zweiten Empfangssignals in eine Teilsystem-Größe gemäß einer Messregel eines Zeitdifferenzverfahrens.
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Die Teilsystem-Größe kann bevorzugt eine Flussgeschwindigkeit oder eine Flussmenge einer Flüssigkeit oder eines Gases in einem entsprechenden Messbereich in dem Messrohr sein.
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In anderen Ausführungsformen kann das Mess-Teilsystem 200 die Menge des Teilsystems bezüglich der Strömungsmenge oder anderen zu messenden Mengen basierend auf einem Messprinzip eines Frequenzdifferenzverfahrens oder einem Messprinzip eines Phasendifferenzverfahrens erlangen.
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Das Mess-Teilsystem 200 dieser Implementierung kann ferner eine Messanzeige 1090, ein erstes Signalkabel 1070 und ein zweites Signalkabel 1080 umfassen. Das Messverarbeitungselement kann die gemessene Menge über das Signalkabel 1080 an die Messanzeige 1090 übertragen. Das Signalsteuerelement kann über das erste Signalkabel 1070 an das zweite Wandlungselement 1030 gekoppelt sein. Die Messanzeige 1090 kann ein Anzeigemodul 1091 zum Anzeigen des spezifischen numerischen Wertes der Menge des Teilsystems beinhalten.
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Das Mess-Teilsystem 200 dieser Implementierung kann den spezifischen numerischen Wert der gemessenen Menge des Untersystems nach außen übertragen, ohne das erste oder zweite Empfangssignal (welche Analogsignale sind) zu übertragen, die von dem Sensor der Verarbeitungsvorrichtung sensiert wurden, um zu verhindern, dass das Messergebnis durch die Störung mit dem ersten oder zweiten Empfangssignal beeinflusst wird, wenn sie mit dem Kabel übertragen wird. Das Mess-Teilsystem 200 kann die Messgenauigkeit wirksam verbessern, wenn es für die Messung der Strömungsmenge der Flüssigkeit oder des Gases in der Messröhre verwendet wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann das Mess-Teilsystem 200 ferner ein Mess-Teilrohr 1040 umfassen, das eine Seitenwand mit zwei Einbauöffnungen aufweist. Der primäre Messsensor 210 ist an einer ersten Einbauöffnung der zwei Einbauöffnungen befestigt, und der sekundäre Messsensor 220 ist an einer zweiten Einbauöffnung der beiden Einbauöffnungen befestigt.
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Das Mess-Teilsystem 200 kann ferner ein erstes Reflexionselement 1051 und ein zweites Reflexionselement 1052 aufweisen, die innerhalb des Mess-Teilrohrs 1040 befestigt sind. Das erste Reflexionselement 1051 und das zweite Wandlungselement 1020 schließen einen Winkel von 45° ein, und das zweite Reflexionselement 1052 und das zweite Wandlungselement schließen einen Winkel von 135 Grad ein. Das erste und zweite Reflexionselement 1051, 1052 sind ausgelegt, um das Ultraschallwellensignal zu veranlassen, an die ersten und zweiten Wandlungselemente 1020, 1030 zu übertragen.
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Bezugnahme auf 3, welche ein schematisches Aufbaudiagramm ist, welches eine zweite Implementierung des Mess-Teilsystems in dem Ultraschallmesssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Die Implementierung des Mess-Teilsystems unterscheidet sich von der zweiten Implementierung dahingehend, dass das Signalsteuerelement 2000 eine Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals, eine Zeitmesseinheit 2020 und eine Steuereinheit 2030 umfasst, wobei die Steuereinheit 2030 jeweils an die Zeitnehmereinheit 2020 und die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals gekoppelt ist, und die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals jeweils an die ersten und zweiten Übertragungselemente gekoppelt ist.
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Bei dieser Implementierung wird die Messung durch ein Zeitdifferenzverfahren durchgeführt.
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Die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals kann eine Signalquelle sein.
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Wenn der primäre Messsensor als das Ultraschallwellen-sendende Ende wirkt, kann die Steuereinheit 2030 die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals steuern, um in Kommunikation mit dem ersten Wandlungselement zu sein, so dass die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals ein erstes elektrisches Signal an das erste Wandlungselement sendet, und ein Auslösesignal an die Zeitnehmereinheit 202 senden kann, um die Zeitnahme durchzuführen. Das erste Wandlungselement kann das erste elektrische Signal in ein erstes Ultraschalwellensignal wandeln, um das erste Ultraschallwellensignal an den zu messenden Kanal zu übertragen. Das zweite Wandlungselement kann das erste Ultraschallwellensignal empfangen und das erste Empfangssignal an die Steuereinheit 2030 senden. Die Steuereinheit 2030 kann das erste Empfangssignal empfangen, dann ein Auslösesignal an die Zeitnehmereinheit 2020 senden, um die Zeitnahme zu stoppen, und einen ersten Signalparameter, der dem Empfang des ersten Empfangssignals (einer Übertragungszeit für das erste elektrische Signal, das an das erste Wandlungselement sendet und einer Empfangszeit für die Steuereinheit 2030, die das erste Empfangssignal empfängt) entspricht, von der Zeitnehmereinheit 2020 empfangen.
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Wenn der primäre Messsensor als das Ultraschallwellen-empfangende Ende wirkt, kann die Steuereinheit 2030 die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals steuern, um in Kommunikation mit dem zweiten Wandlungselement zu sein, so dass die Einheit 2010 zur Erzeugung eines elektrischen Signals ein zweites elektrisches Signal an das zweite Wandlungselement sendet, und ein Auslösesignal an die Zeitnehmereinheit 2020 senden kann, um mit der Zeitnahme zu beginnen. Das zweite Wandlungselement kann das zweite elektrische Signal in ein zweites Ultraschallwellensignal umwandeln und das zweite Ultraschallwellensignal an den zu messenden Kanal übertragen. Das zweite Umwandlungselement kann das zweite Ultraschallwellensignal empfangen, das zweite Ultraschallwellensignal in ein zweites Empfangssignal umwandeln, und das zweite Empfangssignal an die Steuereinheit 2030 übertragen. Die Steuereinheit 2030 kann das zweite Empfangssignal empfangen, dann ein Auslösesignal an die Zeitnehmereinheit 2020 senden, um die Zeitnahme zu beenden, und einen zweiten Signalparameter, der dem Empfang des zweiten Empfangssignals entspricht (einer Übertragungszeit für das zweite elektrische Signal, das an das zweite Wandlungselement sendet und eine Empfangszeit für die Steuereinheit 2030, die das zweite Empfangssignal empfängt) von der Zeitnehmereinheit 2020 erlangen. Die ersten und zweiten Signalparameter können an das Messverarbeitungselement gesendet werden, so dass das Messverarbeitungselement die Signalparameter in eine Menge eines Teilsystems (wie etwa eine Flussmenge) gemäß einer vorgegebenen Regel eines Zeitdifferenzverfahrens konvertiert.
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Bei einer Ausführungsform kann das Ultraschallmesssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung genutzt werden, um die Strömungsmenge einer Flüssigkeit zu detektieren. Pflanzen sich die von den ersten und zweiten Messsensoren übertragenen Signale durch die Flüssigkeit hindurch fort, kann der Strom der Flüssigkeit kleine Variationen bei den Fortpflanzungszeiten des Ultraschallwellensignals erzeugen, und die Abweichung der Fortpflanzungsdauer ist proportional zu der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Ist vorgesehen, dass die Geschwindigkeit des Ultraschallwellensignals in statischem Fluid c ist, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids u, und der Verbreitungsabstand L ist, wenn die Richtung des durch den primären Messsensor übertragenen Ultraschallwellensignals gleich der von der des Fluidstroms ist, ist die Verbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallwellensignals ist c + u, und wenn die Richtung des durch den primären Messsensor übertragenen Ultraschallwellensignals sich von der des Fluidstroms unterscheidet, ist die Verbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschallwellensignals c – u. Ein primärer Messsensor T1 und ein sekundärer Messsensor T2 sind an zwei Orten angeordnet, die zueinander einen Abstand L aufweisen. Überträgt der primäre Messsensor T1 ein Ultraschallwellensignal in die Strömungsrichtung, und der sekundäre Messsensor T2 überträgt ein Ultraschallwellensignal in die umgekehrte Strömungsrichtung, ist die Zeit für das Ultraschallwellensignal, das an dem primären Messsensor T1 ankommt t1, und die Zeit für das Ultraschallwellensignal, das an dem zweiten Messsensor T2 ankommt ist t2, wobei t1 = L/(c + u) und t2 = L/(c – u) ist.
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Da die Strömungsgeschwindigkeit von Fluid in einem Industrierohr sehr viel kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit, das bedeutet, c >> u, beträgt die Zeitdifferenz zwischen ihnen ist ∇t = t2 – t1 = 2Lu/cc. Dies zeigt, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit c der Schallwelle in dem Fluid bekannt ist, die Strömungsgeschwindigkeit u nur berechnet werden kann, wenn die Zeitdifferenz ∇t detektiert wird, und die Strömungsmenge Q weiter berechnet werden kann. Das Verfahren, um die Strömungsmenge mit diesem Prinzip zu messen, ist das sogenannte Zeitdifferenzverfahren. Zusätzlich zum Zeitdifferenzverfahren können auch das Frequenzdifferenzverfahren und dergleichen verwendet werden.
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Bei anderen Ausführungsformen kann das elektrische Signal ein Erregungsimpulssignal sein. Der Signalparameter kann eine Impulsanzahl des Erregungsimpulssignals sein, das an das erste Wandlungselement übertragen wurde, oder eine Impulsanzahl der Erregungsimpulssignale, die an das zweite Wandlungselement übertragen wurden, bevor die Steuereinheit das zweite Empfangssignal empfängt. An diesem Punkt umfasst das Signalsteuerelement die Einheit zur Erzeugung eines elektrischen Signals, die Zeitnehmereinheit und die Steuereinheit.
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Bezugnahme auf 4, welche ein schematisches Aufbaudiagramm ist, das eine zweite Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Das Ultraschallmesssystem gemäß dieser Implementierung ist ausgelegt für die Messung der Strömungsmenge der Flüssigkeit in einem Rohr großen Durchmessers 400. Die Mess-Teilsysteme sind jeweils an verschiedenen Querschnittsbereichen in Axialrichtung des Rohrs 400 großen Durchmessers befestigt. Jedes der Mess-Teilsysteme ist an eine Strömungsmengenanzeige 420 gekoppelt, die jeweils außerhalb des Rohres 400 großen Durchmessers befestigt ist. Jedes Mess-Teilsystem 410 kann einen primären Messsensor 411, einen sekundären Messsensor 412, ein erstes Reflexionselement 413 und ein zweites Reflexionselement 414 aufweisen.
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Die Mess-Teilsysteme und die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 420 kann in einer Befestigungskonstruktion in Reihe befestigt sein, um die Einbaugröße des Ultraschallmesssystems erheblich zu verringern, das Verdrahtungsmuster des Ultraschallmesssystems erheblich zu vereinfachen, und die Miniaturisierung und Vereinfachung des Ultraschallmesssystems zu realisieren. Nur die Anzahl der Mess-Teilsysteme muss für ein Rohr 400 großen Durchmessers mit einem anderen Durchmesser modifiziert werden, um eine Neugestaltung des Hardwarekreislaufsystems zu verhindern.
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Unter Bezugnahme auf 5, welche ein schematisches Aufbaudiagramm ist, das eine dritte Implementierung des Ultraschallmesssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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Das Ultraschallmesssystem gemäß dieser Implementierung ist zur Messung der Strömungsmenge der Flüssigkeit in einem Hauptrohr eines Gebäudes 500 ausgelegt. Die Mess-Teilsysteme 510 sind jeweils in verzweigten Rohren auf unterschiedlichen Stockwerken des Gebäudes 500 angeordnet. Jedes der Mess-Teilsysteme 510 ist an eine Strömungsmengenanzeige 520 gekoppelt, die außerhalb des Gebäudes 500 verbaut ist.
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Die Mess-Teilsysteme 510 und die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung 520 können in einer Befestigungskonstruktion in Reihe befestigt sein, um das Ultraschallmesssystem dieser Implementierung zu bilden, das Verdrahtungsmuster des Ultraschallmesssystems zu vereinfachen, und Miniaturisierung und Simplifizierung des Ultraschallmesssystems zu verwirklichen. Nur die Anzahl der Mess-Teilsysteme muss für ein Gebäude 500 mit unterschiedlichen Stockwerken modifiziert werden, um eine erneute Ausgestaltung des Hardwareschaltungssystems zu vermeiden.
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Bezugnahme auf 6, welche ein Ablaufdiagramm ist, das eine erste Implementierung des Messverfahrens des Ultraschall-Messsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Bei dieser Implementierung ist das Ultraschall-Messsystem ein System, das in einer der 1 bis 5 gezeigt ist. Das Messverfahren dieser Implementierung kann die folgenden Schritte umfassen:
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Schritt S301, Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten elektrischen Signals des Signalsteuerelements an jeweils das erste Wandlungselement;
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Schritt S302, Empfangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten Empfangssignals, das erhalten wurde durch eine Wandlung eines empfangenen ersten Ultraschallwellensignals von dem ersten Wandlungselement, in das jeweilige Signalsteuerelement, wobei das erste Ultraschallwellensignal von dem ersten Wandlungselement übertragen wird;
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Schritt S303, Erlangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines ersten Signalparameters, der jeweils dem in dem ersten Signalsteuerelement empfangenen ersten Empfangssignal entspricht;
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Schritt S304, Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines zweiten elektrischen Signals des Signalsteuerelements an das jeweilige zweite Wandlungselement;
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Schritt S305, Empfangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines zweiten Empfangssignals, das erhalten wurde durch eine Wandlung eines empfangenen zweiten Ultraschallwellensignals, in das jeweilige Signalsteuerelement, wobei das zweite Ultraschallwellensignal von dem zweiten Wandlungselement übertragen wird;
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Schritt S306, Erlangen, durch jedes Mess-Teilsystem, eines zweiten Signalparameters, der dem in dem Signalsteuerelement empfangenen zweiten Empfangssignal entspricht;
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Schritt S307, Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, der ersten und zweiten Signalparameter an das Messverarbeitungselement, derart, dass das Messverarbeitungselement die ersten und zweiten Signalparameter gemäß einer vorgegebenen Regel in die Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems umrechnet; und
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Schritt S308, Übertragen, durch jedes Mess-Teilsystem, der Teilsystem-Größe des jeweiligen Mess-Teilsystems an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung derart, dass die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung gemäß einer vorgegebenen Zusammenfassungsregel Größen von allen Mess-Teilsystemen in eine Messgröße umwandelt.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Messung mit der Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung und zumindest zwei Mess-Teilsystemen durchgeführt, die an unterschiedlichen zu messenden Bereichen befestigt sind, wobei jedes Mess-Teilsystem unabhängig ein Signalsteuerelement und ein Messverarbeitungselement besitzt. Jedes Mess-Teilsystem kann unabhängig die ersten und zweiten Wandlungselemente dahingehend steuern, ein Ultraschallwellensignal zu übertragen oder ein Ultraschallwellensignal zu erfassen und die Signalparameter entsprechend den von den ersten und zweiten Wandlungselementen erfassten Signalen zu erlangen und kann unabhängig das Messverarbeitungselement steuern, um die Signalparameter zu verarbeiten, um unmittelbar die Teilsystemgröße zu erzeugen. Es besteht keine Vorgabe für die Fernübertragung des von den ersten und zweiten Messsensoren erfassten Signals, was den durch die Ausbreitungsverzögerung des Signals erzeugten Fehler verringern kann, währenddessen die Übertragungsleitung entfällt und der Bauraum der Messvorrichtung verringert wird, und wirksam die Einwirkung der instabilen Umweltfaktoren auf die Signalausbreitung verhindern kann, um die Zuverlässigkeit und Messgenauigkeit des Mess-Teilsystems zu verbessern. Die Teilsystemgröße jedes Mess-Teilsystems kann ferner jeweils derart an die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung übertragen werden, dass die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung die Teilsystem-Messgröße jedes Mess-Teilsystems in eine Messgröße umwandeln kann, und der gleichzeitig in verschiedenen Messungsbereichen gemessene Wert kann ferner in die Messgröße umgerechnet zu werden, um die vorübergehende Beeinflussung in der Messgröße auf den finalen Messwert zu verhindern, das bedeutet, es kann ein genauerer endgültiger Messwert erzielt werden durch Bezugnahme auf die verschiedenen Messungsbereiche.
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Für Schritt S301, wenn die Messung durch das Messprinzip des Zeitdifferenzverfahrens durchgeführt wird, kann die Übertragungszeit des ersten elektrischen Signals gespeichert werden, währenddessen das erste elektrische Signal des Signalsteuerelements an das erste Wandlungselement übertragen wird. Wird die Messung durch das Messprinzip des Frequenzdifferenzverfahrens, das Messprinzip des Phasendifferenzverfahrens oder andere herkömmliche Messprinzipien der Technik durchgeführt, können andere, entsprechende Vorgänge gemacht werden, währenddessen das erste elektrische Signal des Signalsteuerelements an das erste Wandlungselement übertragen wird.
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Für Schritt S302, wenn die Messung durch das Messprinzip des Zeitdifferenzverfahrens durchgeführt wird, kann der Empfangszeitpunkt des ersten Empfangssignals, dass in dem Signalsteuerelement empfangen wurde, gespeichert werden, währenddessen das erste Empfangssignal im Signalsteuerelement empfangen wird. Wird die Messung durch das Messprinzip des Frequenzdifferenzverfahren oder andere herkömmliche Messprinzipien aus der Technik durchgeführt, können andere entsprechende Vorgänge gemacht werden, währenddessen das erste Empfangssignal in dem Signalsteuerelement empfangen wird.
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Für Schritt S305, wenn die Messung durch das Messprinzip des Zeitdifferenzverfahrens durchgeführt wird, kann die Überragungszeit des zweiten elektrischen Signals gespeichert werden, währenddessen das zweite elektrische Signal des Signalsteuerelements an das zweite Wandlungselement übertragen wird. Wird die Messung durch das Prinzip des Frequenzdifferenzverfahren, das Messprinzip des Phasendifferenzverfahrens oder andere herkömmliche Messprinzipien aus der Technik durchgeführt, können andere entsprechende Vorgänge gemacht werden, währenddessen das zweite elektrische Signal des Signalsteuerelements an das zweite Wandlungselement übertragen wird.
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Für Schritt S306, wenn die Messung durch das Messprinzip des Zeitdifferenzverfahrens durchgeführt wird, kann der Empfangszeitpunkt des zweiten Empfangssignals, das in dem Signalsteuerelement empfangen wird, gespeichert werden, währenddessen das zweite Empfangssignal von dem Signalsteuerelement empfangen wird. Wird die Messung durch das Prinzip des Frequenzdifferenzverfahrens, das Messprinzip des Phasendifferenzverfahrens oder andere herkömmliche Messprinzipien aus der Technik durchgeführt, können andere entsprechende Vorgänge gemacht werden, währenddessen das zweite Empfangssignal in dem Signalsteuerelement empfangen wird.
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Für Schritt S307 kann die vorgegebene Messregel eine Regel des Zeitdifferenzverfahrens, eine Messregel des Frequenzdifferenzverfahrens, eine Messregel des Phasendifferenzverfahrens oder andere herkömmliche Messregeln der Technik sein.
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Bei einer Ausführungsform kann der Schritt des Erlangens eines ersten Signalparameters, der dem ersten Empfangssignal entspricht, das in dem Signalsteuerelement empfangen wurde, die folgenden Schritte umfassen:
Erlangen der Übertragungszeit des ersten elektrischen Signals, das an das erste Wandlungselement überträgt; und
Erlangen der Empfangszeit des ersten Empfangssignals, das in dem Signalsteuerelement empfangen wurde.
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Und der Schritt des Erlangens eines ersten Signalparameters, der dem ersten Empfangssignal entspricht, das in dem Signalsteuerelement empfangen wurde, kann die folgenden Schritte umfassen:
Erlangen der Übertragungszeit des zweiten elektrischen Signals, das an das zweite Wandlungselement überträgt; und
Erlangen der Empfangszeit des zweiten Empfangssignals, das in dem Signalsteuerelement empfangen wurde.
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Für Schritt S308 kann die vorgegebene Zusammenfassungsregel eine Regel einer gewichteten Integration sein. Beispielsweise kann die Menge des Teilsystems von jedem Mess-Teilsystem im Vorfeld mit einer entsprechenden Gewichtung versehen werden, und die Teilsystem-Zusammenfassungs-Verarbeitungsvorrichtung kann jeweils die Menge des Teilsystems von jedem Mess-Teilsystem durch die entsprechende Gewichtung multiplizieren, und dann die Ergebnisse durch die Multiplikation zusammenrechnen um die gemessene Menge zu erzeugen.
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Die obenstehenden Ausführungsformen sind Ausführungsformen der detailliert beschriebenen Offenbarung und sollen nicht als die vorliegende Offenbarung beschränkend ausgelegt werden. Es sei angemerkt, dass Variationen und Verbesserungen einem Fachmann, den die vorliegende Offenbarung betrifft, ersichtlich werden, ohne von deren Geist und Schutzumfang abzuweichen. Somit ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.
