[发明专利]一种多声路并行同步测流的超声波流量计及流量测量方法

权利要求书

1.一种多声路并行同步测流的超声波流量计，其特征在于，由CPU、可编程逻辑器件、并行发射驱动电路、阵列回波信号接收电路和发射与接收一体化电路组成，其中：

所述CPU负责超声波参数设置、测量流程管理、超声波信号的收发控制、截面流量计算、数据保存、显示控制及通讯；

所述可编程逻辑器件根据CPU的指令，由频率合成逻辑形成超声波换能器的脉冲驱动信号，并按照发射时序控制逻辑的要求，同时发送给并行发射驱动电路；

所述可编程逻辑器件内置与声路相同个数的传播时间计数器，可同时对所有声路正向或逆向传播时间进行计数和测量；

所述可编程逻辑器件内设计阵列回波接收电路的接收控制逻辑，可同时实现对回波信号的滤波选择、A/D采集控制、增益调节及检波；

所述并行发射驱动电路用于对驱动脉冲信号进行电压提升和功率放大，驱动发射换能器发出对应频率的超声波信号；

所述阵列回波接收电路由限幅、窄带滤波、可变增益调节、检波及A/D采集电路组成，用于对回波信号进行限幅，滤波，计算幅值，增益调幅和检波处理，并产生传播时间计数器停止计数的控制信号；

所述发射和接收一体化电路负责所有声路超声波换能器并行发射信号和回波信号接收隔离和切换控制。

2.根据权利要求1所述的一种多声路并行同步测流的超声波流量计，其特征在于，所述如果回波信号大于检波电平，则检波电路产生控制信号给可编程逻辑器件，使对应声路的传播时间计数器停止计数。

3.根据权利要求1所述的一种多声路并行同步测流的超声波流量计，其特征在于，所述各声路的换能器在安装时进行精确对准，如果不是来自对应换能器的超声波信号，则接收到的回波信号幅值会非常小，或者放大至同等幅值下时增益会特别大，通过幅值或增益就可判断所接收的回波信号是否来自对应发射换能器，如果不是该声路的回波信号，则不进行检波。

4.根据权利要求1所述的一种多声路并行同步测流的超声波流量计，其特征在于，所述并行发射驱动电路中，对可编程逻辑器件产生的并行驱动脉冲信号通过功率驱动芯片控制场效应管的开与关，把电路板内的低电压V1通过变压器提升至高电压V2，利用该高压脉冲信号驱动发射换能器发出超声波信号。

5.利用权利要求1至4中任意一项的多声路并行同步测流的超声波流量计进行流量测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过CPU进行声路参数配置、截面参数的配置及回波增益预设定，启动声路测量控制信号，开始测量；

2)可编程逻辑器件收到CPU发出的声路测量控制信号后，根据各声路参数配置和换能器型号合成换能器对应频率的驱动脉冲信号，使其按照发射时序控制逻辑的要求，同时发送给并行发射驱动电路，并使能可编程逻辑器件内各声路的传播时间计数器；

3)并行发射驱动电路对脉冲驱动信号进行电压提升和功率放大，驱动发射换能器发出对应频率的超声波信号；

4)超声波信号在流体中传播，通过接收换能器接收并转换为电回波信号，该电回波信号通过发射和接收一体化电路中的隔离电路送至阵列回波接收电路；

5)可编程逻辑器件根据接收控制逻辑，控制阵列回波接收电路，适时打开限幅电路，选择窄带滤波电路、启动A/D采集、打开可变增益调节电路和检波电路，对接收到的回波信号进行限幅，滤波，计算幅值，增益调幅和检波；

6)经阵列回波接收电路检波后，如果回波信号大于检波电平，则检波电路产生控制信号给可编程逻辑器件，使对应声路的传播时间计数器停止计数，由此得到各声路的超声波信号在流体中的传播时间；

7)CPU根据式(2)计算出各声路的瞬时流速V_i：

其中，L_i为声路i的长度，为声路i与流速之间的夹角，T_dui为i路超声波在流体中逆流传播时间，T_udi为i路超声波在流体中顺流传播时间；

8)CPU根据式(3)计算截面的瞬时流量值Q：

其中，w_i为声路布置权重系数，R为截面半径，N为声路数。

6.根据权利要求5所述的流量测量方法，其特征在于，所述步骤6)中，通过CPU控制检波电路设置门槛电压作为检波电平。