[实用新型]时差法超声波流量计

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种流量计，特别是一种用于测量液体或气体流量的时差法超声波流量计。

背景技术

利用超声波测量液体和气体的流量有很多优点，如几乎无压力损失、对管径的适应性强等。时差法超声波流量计通过测量超声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时的传播时间差来计算流量。目前，公知的时差法超声波流量计多以单片机为核心做计量控制，在发射超声波后检测接收信号某个过零点的出现时间以确定传播时间，进而计算流量，但此方法中接收信号被利用到的信息量过少，因此计量精度低，且抗干扰能力差。

实用新型内容

本实用新型是针对现有技术中基于过零检测进行时差法流量计量的精度低、抗干扰能力差的缺陷，提供一种声路数范围为1至10、基于ARM芯片和FPGA芯片的时差法超声波流量计。

实现上述目的采用的技术方案是：一种时差法超声波流量计，这种流量计包括ARM芯片、FPGA芯片、32位RAM、发射接收系统电路、分别位于声路的流路上游侧和流路下游侧的超声波换能器、信号调理电路、A/D转换芯片和双口RAM芯片；

其中：ARM芯片分别与FPGA芯片和双口RAM芯片相连，FPGA芯片还分别与32位RAM和A/D转换芯片相连， ARM芯片和FPGA芯片分别与发射接收系统电路相连，发射接收系统电路分别与各超声波换能器相连，发射接收系统电路还与信号调理电路相连，信号调理电路还分别与A/D转换芯片和ARM芯片相连。所述的32位RAM由1片32位的RAM芯片构成或用2~10片RAM芯片扩展构成。

还包括与双口RAM芯片相连的计量数据存储和人机交互控制电路；该计量数据存储和人机交互控制电路包括微控制器芯片、液晶显示模块、键盘驱动芯片、铁电存储器和实时时钟芯片；

其中：微控制器芯片分别与双口RAM芯片和液晶显示模块相连，键盘驱动芯片、铁电存储器和实时时钟芯片均与微控制器芯片相连。        

发射接收系统电路包括CPLD芯片、分别与各超声波换能器相连的各发射电路、分别与各超声波换能器相连的各高压保护电路、模拟开关电路和接收放大电路；

其中：CPLD芯片分别与ARM芯片、FPGA芯片和模拟开关电路相连，CPLD芯片还分别与各发射电路相连，各高压保护电路分别与模拟开关电路相连，模拟开关电路与接收放大电路相连，接收放大电路与信号调理电路相连。

信号调理电路包括D/A转换芯片、AGC电路、信号放大和偏置电路；其中：D/A转换芯片分别与ARM芯片和AGC电路相连，发射接收系统电路与AGC电路相连，AGC电路与信号放大和偏置电路相连，信号放大和偏置电路与A/D转换芯片相连。

这种流量计的声路数范围为1-10。

计量时，ARM芯片和FPGA芯片控制发射接收系统电路使某声路上游超声波换能器发射超声波、下游超声波换能器接收超声波，FPGA芯片控制A/D转换芯片对经过处理后的接收信号采集2048个数据，再控制该声路下游超声波换能器发射超声波、上游超声波换能器接收超声波并采集数据，执行N次后，分别得到顺流、逆流N次采样数据的累加和，以FPGA芯片实现的基本数字信号处理算法为基础ARM芯片可据此数据算出该声路的线流速，同理算出所有声路的线流速后，可算出流体流速及流量。

本新型的有益效果是：这种流量计利用ARM芯片和FPGA芯片实现了高效的数据采集控制和先进的流量算法，接收信号被利用到的信息量大，计量精度高，抗干扰能力强，实时性好。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构框图。

图2为两声路流量计的各部件连接结构示意图。

图3为两声路流量计的主要数字电路连接示意图。

图4为两声路流量计的AGC电路的原理图。

图中：1、ARM芯片，2、FPGA芯片，3、32位RAM，4、发射接收系统电路，5、信号调理电路，6、A/D转换芯片，7、双口RAM芯片，8、计量数据存储和人机交互控制电路，9、第1声路上游超声波换能器，10、第1声路下游超声波换能器，11、第2声路上游超声波换能器，12、第2声路下游超声波换能器，13、U2发射电路，14、U1发射电路，15、D1发射电路，16、D2发射电路，17、模拟开关电路，18、接收放大电路，19、CPLD芯片，20、D/A转换芯片，21、AGC电路，22、信号放大和偏置电路，23、RAM-A芯片，24、RAM-B芯片，25、微控制器芯片，26、液晶显示模块，27、键盘驱动芯片，28、铁电存储器，29、实时时钟芯片，30、U2高压保护电路，31、U1高压保护电路，32、D1高压保护电路，33、D2高压保护电路。