进行保存；上位机通信模块4与MCU 模块1相连接，用于与MCU模块1进行双向数据交换；GP2模块5与MCU模块1相连接，用 于向MCU模块1发送测量数据并接受来自MCU模块1的指令；GP2模块5还与模拟开关6 相连接，并向模拟开关6发送激励脉冲；模拟开关6的输出端与隔直、选频器7相连接，并向 隔直、选频器7发送回波信号；隔直、选频器7与放大器8相连接，对产生的噪声信号进行放 大；放大器8与比较器9相连接，比较器9采用非过零比较触发，对方波信号进行整形；比 较器9的输出端与GP2模块5相连接，用于将整形后的信号传输到GP2模块5 ;超声换能器 10设置在水面W下，与模拟开关6进行连接，用于接收水中的超声波并进行输出。
[0025] 本发明还采取如下技术措施：
[0026] 所述的超声换能器10包括；壳体11、换能器本体12、反射块13 ;
[0027] 壳体11为圆柱形结构，壳体11的底部固定安装有反射块13,反射块13设为梯形 结构，反射块13的顶面设置为弧形；反射块13的侧边上固定有换能器本体12,换能器本体 12的末端穿过壳体11的外壳，并与壳体11外壳垂直设置。
[002引所述的反射块13的顶面还可设置为与水平面呈固定夹角的倾斜面结构。
[0029] 小流量超声波流量计的测量方法，其特征在于，该测量方法如下所述；在河边设置 两个超声换能器10,两个超声波换能器呈"V"型安装，夹角为：e，水流速 唐设赴IV，两个超香波之间的宗程距萬为：L,则得到超声波顺流传播时间为：
[0030] 所述的两个超声波换能器还能设为"Z"型或"W"型安装。
[0031] 反射面产生汽泡和杂质存留原因是：液体在反射面处截面突然扩大，压力急剧下 降，反射面处的流速几乎为零，故汽泡和杂质不能带走，容易在反射面产生汽泡和杂质存 留。通过在在反射面之前，增加一向下引流措施，即水平线与斜线间增加弧形或斜线过渡， 使反射面处液体有一定流速，从而能带走汽泡和杂质。
[0032]
某些声学特性与静止介质中的声学特性不同，超声波的声学特性随流速不同而变化的原理 来测量流量的，实际使用中时差法是通过测量超声波顺流和逆流传播时间的时差来反应流 速，不受介质、温度和杂质的影响，不受入射波幅值影响，反射波幅值变化50 %，时差变化小 于50pS。GP2模块5给出超声换能器10信号，接收流量测量的时间信号。超声换能器10 信号转换为GP2间的模拟电路，则将换能器接收信号转换为GP2所需的STOP信号。
[0033] 系统设计中时间测量主要由TDC-GP21巧片完成，其分辨率45ps，采用无引脚封 装，具有高速脉冲发生器，停止信号使能，精度为IOns的时间窗功能；时差法超声流量计量 程比宽，其分辨率与满量程比可达1:10000。
[0034] 超声是指频率高出20KHZ的弹性振动，该种振动W波的形式在介质中的传播过程 就形成超声波。超声波在流体中传播速度等于被测流体的平均速度和声速的矢量和，超声 波测量流量正是基于该一基本原理设计而成。当超声波入射到流体后，在流体中传播就载 有流体的流速信息，利用接收到的折射波和反射波就可W测量流体的流速。超声换能器10 接收超声波后输出为正弦波信号，而GP2计时所接收信号为方波上下沿触发，因此正弦波 信号需整形方波，电路中要用比较器9进行整形。为避免电路的干扰导致非正常触发，采用 非过零比较触发。超声换能器10接收超声波后输出信号较小且可能有噪声，故在比较器9 之前加有放大滤波电路。采用非过零比较来取得超声信号传播的时间值，由于超声信号传 感器对因为效率而导致的误差，W及由于非过零比较信号导致的超声信号传播物理响应带 来的误差通过一组多参数优化方法来补偿，通过数据处理方法消除了该方面的影响。
[0035] 本发明具有的优点和积极效果是；采用时差法超声流量计，压损小、无腐蚀、不堵 塞；采用补偿措施，消除温度对声速、水密度影响W及非线性误差；采用弧形的声模结构和 制作工艺，使声模性能稳定，不受温度、振动影响；采用电路、软件抗干扰措施W及独特的流 场设计，在极端情况下，静水零点变化小于50pS;经过了温度、振动冲击和杂质实验，产品 质量稳定可靠；采用弧形或者过渡的流场结构，使声波传输范围内的流场稳定，流量计重复 性好，波动小；弧形或者过渡的流场结构和声模处理措施，使声模表面在任何情况下不会有 汽泡产生，管道中的汽泡和杂技对声波传输影响小，使流量计具有较高的精度和较广的适 应范围。
[0036]W上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用W限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种小流量超声波流量系统，其特征在于，该小流量超声波流量系统包括：MCU模 块、IXD模块、存储器、上位机通信模块、GP2模块、模拟开关、隔直、选频器、放大器、比较器、 超声换能器； MCU模块用于对各模块进行控制，接收各模块的数据并进行运算处理；LCD模块与MCU模块相连接，用于对MCU模块产生的数据进行显示；存储器与MCU模块相连接，用于与MCU 模块进行双向通讯，并对产生的数据进行保存；上位机通信模块与MCU模块相连接，用于与 MCU模块进行双向数据交换；GP2模块与MCU模块相连接，用于向MCU模块发送测量数据并 接受来自MCU模块的指令；GP2模块还与模拟开关相连接，并向模拟开关发送激励脉冲；模 拟开关的输出端与隔直、选频器相连接，并向隔直、选频器发送回波信号；隔直、选频器与放 大器相连接，对产生的噪声信号进行放大；放大器与比较器相连接，比较器采用非过零比较 触发，对方波信号进行整形；比较器的输出端与GP2模块相连接，用于将整形后的信号传输 到GP2模块；超声换能器设置在水面以下，与模拟开关进行连接，用于接收水中的超声波并 进行输出。2. 如权利要求1所述的小流量超声波流量系统，其特征在于，所述的超声换能器包括： 壳体、换能器本体、反射块； 壳体为圆柱形结构，壳体的底部固定安装有反射块，反射块设为梯形结构，反射块的顶 面设置为弧形；反射块的侧边上固定有换能器本体，换能器本体的末端穿过，壳体的外壳并 与壳体外壳垂直设置。3. 如权利要求2所述的小流量超声波流量系统，其特征在于，所述的反射块的顶面还 可设置为与水平面呈固定夹角的倾斜面结构。4. 一种小流量超声波流量计的测量方法，其特征在于，该测量方法采用如下技术措施： 在河边设置两个超声换能器，两个超声波换能器呈"V"型安装，夹角为：0，水流速度设为：5. 如权利要求4所述的小流量超声波流量计的测量方法，其特征在于，所述的两个超 声波换能器还能设为"Z"型或"W"型安装。
【专利摘要】本发明公开了一种小流量超声波流量系统及测量方法，属于流量检测计算领域，MCU模块用于对各模块进行控制，接收各模块的数据并进行运算处理；LCD模块与MCU模块相连接，用于对MCU模块产生的数据进行显示；存储器与MCU模块相连接，用于与MCU模块进行双向通讯，并对产生的数据进行保存；上位机通信模块与MCU模块相连接，用于与MCU模块进行双向数据交换；GP2模块与MCU模块相连接，用于向MCU模块发送测量数据并接受来自MCU模块的指令。采用时差法超声流量计，采用补偿措施，消除温度对声速、水密度影响及非线性误差；采用弧形的声楔结构和制作工艺，使声楔性能稳定，不受温度、振动影响。
【IPC分类】G01F1/66
【公开号】CN104964718
【申请号】CN201510415534
【发明人】李俊国, 秦东兴
【申请人】成都南方电子仪表有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月15日