一种卡片便携式多声道超声波水表换能器安装位置装置的制作方法

本发明涉及一种电子通信测量设备，尤其涉及一种卡片便携式多声道超声波水表换能器安装装置。

背景技术：

随着超声波或电磁等作为流量传感的电子水表兴起和不断推广，超声波水表正逐步取代传统机械式水表，需求量也在逐年增加，超声波无机械运动部件，测量时无压力损失，能够实现较宽的量程比和高精度测量，同时超声波水表内部嵌入了微处理器芯片，能够加入无线通信模块以满足各类无线通信和物联网的要求。要想满足以上的功能要求，在v型反射式超声波水表中，超声波换能器和反射片作为超声波水表的速度计算、流量计量等技术中的重要光学结构件，它们的安装位置对超声波精度保证无疑是至关重要的。

目前，超声波水表在市面上有各种类型，比如非接触式外夹式超声波水表，插入式超声波水表，管道式超声波水表等类型层出不穷，不同类型的超声波水表满足实际工程应用被设计出来，并且应用在实际生活中为我们服务，超声波换能器作为超声波信号的发射与接收，超声波换能器安装位置发生改变，影响超声波的传播，会导致超声波的传播时间改变，接收端接收强度减弱，甚至接收不到超声波，影响计量精度。但是考虑到超声波换能器安装位置不准确问题带来的精度影响以及现场安装校准的繁琐过程，所以，一种便携式的、易操作的卡片式多声道超声波水表换能器安装装置显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是设计一种卡片便携式的多声道超声波水表换能器安装装置，通过电子控制器来精准确定换能器的位置，换能器同时具有互换性，利用其没有积累误差(精度为100％)的特点，方便便携式的设计可以应用在各种工业管道中测量瞬时流量和累计流量。具体技术方案如下：

一种卡片便携式多声道超声波水表换能器安装位置装置，包括用于支撑测量装置和保护内部结构的圆形外壳、超声波换能器的支撑杆*3、三对超声波换能器、金属反射片*3、法兰孔、控制器*3、联轴器*3、三相步进电机*3、驱动器*3、lcd液晶显示屏*3。

在本发明一个较佳实施例中，支撑外壳整体呈o形状，壁厚达到仅一英寸(25.4mm)，节约安装空间，通过o型形状分成3个部分，分别对应三对换能器测量。通过实际管径需要可以配置相应的o型管径大小来配合测量。

在本发明一个较佳实施例中，三对超声波换能器中每一对超声波换能器固定安装在换能器支撑杆的前端位置，用来发射超声波信号和接受超声波回波信号，并将超声波信号转换成电信号传输给单片机及外围电路进行处理。

在本发明一个较佳实施例中，三个超声波换能器支撑杆的形状呈t型结构，分布在o型结构120度分割线上，每一个超声波换能器支撑杆的前端都是用来固定一对超声波换能器，前段结构内部有内螺纹；而后端支撑杆内部是金属空心结构，用来放置一对换能器信号走线，支撑杆外部末端是外螺纹，前段结构与后端支撑杆之间通过螺纹相连，使得超声波换能器具有互换性。

在本发明一个较佳实施例中，三个金属反射片中每一个金属反射片固定在o型结构内部，分布在t型超声波换能器支撑杆的反向延长线上，对应每一对超声波换能器，发射超声波换能器发射超声波信号经金属反射片反射，而后接收超声波换能器接收超声波信号完成时差法测量原理。

在本发明一个较佳实施例中，lcd液晶显示屏显示多行同时显示累积量和瞬时量，实时显示流量计的流量信息；针对信号强度、电池状态、流向等信息及时可以调整故障出现的原因。

在本发明一个较佳实施例中，整个装置的控制器包括单片机和驱动芯片，通过驱动芯片用来控制步进电机转动，实现装置的电子自动化操作。

在本发明一个较佳实施例中，联轴器主要用来联接步进电机轴与从动轴以传递扭矩，具备较为精密的传动性能，联轴器同时具有零间隙、高刚性、低惯量、柔性好等特点，目的就是自动纠正安装过程中产生的主动轴与从动轴之间的各种偏差，保证了步进电机转动的精度。

在本发明一个较佳实施例中，安装法兰孔其中螺栓孔的大小为18mm*4个，管道与管道之间利用法兰连接，中间利用螺栓孔进行固定，保证中间的测量装置为稳定性和密封性。

在本发明一个较佳实施例中，三相步进电机，必须加驱动才可以运转，驱动信号必须脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，加入适当的脉冲信号，就有一定的角度(步进角)转动。三相步进电机的步进角为7.5度，转动90度，需要12个脉冲完成。转动的角度为90度，用来控制每一个超声波换能器支撑杆转动，从而可以将每一对超声波换能器转向90度，与水流方向平行，从而进行流量测量。

在本发明的一个较佳实施例中，利用单片机来驱动步进电机，步进电机直接串到单片机会直接损坏单片机，步进电机的信号会干扰单片机，可能导致系统工作失误，所以接口电路要做好隔离功能，驱动器将单片机发出脉冲信号转化成步进电机的角位移，控制步进脉冲的个数，可以对电极精确定位，对提高换能器位置精度有一定作用。

与传统的其他安装方法，本发明有益效果是，本发明能够实现对利用步进电机转动步进角角度可以对换能器的精确安装，改变以往的传统换能器管道分离安装，同时增加了超声波换能器测量和非测量两种状态，另外还增加了多声道来对流域进行精确测量，测量精度高，结构简单，易操作，只需将单片机发送的脉冲信号，步进电机转动角位移完成换能器的状态切换。设计了一种卡片式结构，现实工程应用很强的便携性，换能器和管道一体化，无需进行再次安装对准和其他操作，无其他破坏性拆解，省时省力，就能完成多声道换能器的精确安装。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是本发明安装装置的结构示意图。

图2是本发明安装装置非测量状态分离示意图。

图3是本发明安装装置在管道中装配测量状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，用实施例来进一步说明本发明。但这个实施例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这个实施例的限制。

如图1所示，一种卡片便携式的多声道超声波水表换能器安装装置，包括支撑装置和保护内部结构的o形外壳1、三个金属反射片2、3、4，三个超声波换能器的支撑杆5、6、7，三对超声波换能器8、9、10，联轴器11、12、13，三相步进电机14、15、16，控制器以及驱动器、lcd液晶显示、电源模块集成在17、18、19；法兰盘20、24，螺栓孔21、25、26、27；所述支撑装置和保护内部结构的o形外壳1支撑着整个装置，所述三个金属反射片2、3、4内嵌在o型结构内部1，对应每一对超声波换能器；所述三对超声波换能器8、9、10固定在超声波换能器支撑架5、6、7前端位置；所述联轴器11、12、13一端分别连接超声波换能器的支撑架5、6、7后端位置相连，另一端与三相步进电机14、15、16分别连接，紧密咬合；所述的控制器以及驱动器、lcd液晶显示集成在一张pcb上，完成流量、控制步进电机转动和lcd的实时显示功能。所述管道22、23与法兰盘20、24通过四个螺栓孔21、25、26、27进行固定卡片便携式多声道超声波水表；

如图2所示，安装装置非测量状态分离情况，大体分为三个部分，管道、法兰盘、多声道卡片式超声波水表换能器安装结构，在非测量状态下，三个超声波换能器支撑杆5、6、7垂直于管道22、23方向，角度大小为0度。

如图3所示，在一定的水流流速下，处于安装装置装配完成的测量下工作状态，三对超声波的支撑杆5、6、7分别转动了90度，完成了三个超声波的支撑杆5、6、7平行于管道22、23方向，利用反射片2、3、4顺逆流时间差的原理算出流速。

一种卡片式便携多声道超声波水表换能器安装位置装置，利用控制器和驱动芯片完成步进电机对超声波换能器的精确安装包括以下步骤：

步骤一)装置初始化调整：如图1，在未放入管道之前，将装置恢复到初始状态，即超声波换能器的支撑杆5、6、7在o型结构1的内部，平行于平面，处于0度的位置。

步骤二)安装过程：如图3，将卡片便携式超声波水表安装装置与管道和法兰盘平放在同一平面，管道22、23与法兰盘20、24通过四个螺栓孔21、25、26、27进行固定卡片便携式多声道超声波水表换能器安装装置，确定固定在管道22、23后；接通电源模块17、18、19，没有脉冲的时候，步进电机14、15、16静止，加入适当的脉冲信号，就有一定的角度(步进角)转动。单片机19发送12个脉冲信号，通过驱动芯片19驱动步进电机14按设定的方向转动一个固定的角度，三相步进电机14的步进角为7.5度，转动的角度为90度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到超声波换能器安装位置准确定位的目的，转动90度后与水流流速方向平行，在利用反射片2、3、4顺逆流时间差的原理算出流速，最终可以在lcd液晶显示屏显示多行同时显示累积量和瞬时量，实时显示流量计的流量信息。

以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。