[发明专利]一种超声波流量测量试验装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波流量测量试验装置及测量方法，属于工业控制领域。

背景技术

距离、管道流量、液位等是工业领域的重要参数，随着工业技术的发展，对这些参数的控制也越来越重要，因此，伴随着越来越多的流量计、液位计等装置的研制，如涡街流量计，超声波流量计等等。早期的这些参数的测量采用的是接触式测量，即管道预留接口，传感器通过该接口与流体接触来测量，这样的缺陷是对流体会产生一定的阻力，同时也破坏了管道的完整性。超声波传感器出现以后改进了这个缺陷，可以夹持在管道外侧，进行非接触式测量。但这些都是应用于工业流体的测量，在工控类实验室中，通常利用单片机芯片本身的模块对脉冲信号的生成、发射和接收进行控制，这种情况下想要将信号输出，需要单独的信号显示电路，结构复杂；同时，超声波传感器若为激发和接收功能一体，发送接收切换电路是必须的模块，用来转换超声波传感器的发送和接收功能，而发送接收切换电路常常结构复杂，使得性能稳定性较差，影响测试精度。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种超声波流量测量试验装置和测量方法，直接利用STM32自身的端口对超声波信号的发送和接收进行切换，同时利用与STM32连接的上位机对整个测量过程进行控制，方便操作和显示，提高了测量精度和稳定性。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种超声波流量测量试验装置，包括单片机、超声波传感器、超声波发射模块以及超声波信号处理模块，所述超声波传感器为一个以上，均为收发一体式超声波传感器，所述单片机采用STM32；STM32的IN1引脚与超声波发射模块的输入端连接，STM32的IN2引脚与超声波信号处理模块的输出端连接，超声波发射模块的输出端以及超声波信号处理模块的输入端连接后与每个超声波传感器连接；STM32还通过USB模块与上位机连接。

所述超声波信号处理模块由依次串联的滤波电路、反相放大电路、检波电路以及比较电路组成，超声波信号处理模块的输入端为滤波电路的输入端，超声波信号处理模块的输出端为比较电路的输出端。

单片机及超声波信号处理模块均用金属盒封装。

本发明同时提供了一种基于所述超声波流量测量试验装置的超声波流量检测方法，包括以下步骤：

(1)查询测量参数，包括当前环境下流体超声波传播速度、测量管道直径超声波射入角度和超声波穿出角度；一组超声波传感器中用于发射信号的超声波传感器为超声波传感器Ⅰ，用于接收信号的超声波传感器为超声波传感器Ⅱ，将超声波传感器Ⅰ和超声波传感器Ⅱ各自的探头分别安装于待测管道外侧横截面直径的两顶点处；

(2)上位机通过USB模块向STM32发送控制指令，控制STM32开启定时器，读取此时定时器的计时时刻t1，同时产生频率为1MHz的PWM窄脉冲信号，通过IN1脚将PWM窄脉冲信号经过超声波发射模块和超声波传感器Ⅰ进行发射；

(3)超声波传感器Ⅱ接收PWM窄脉冲信号，PWM窄脉冲信号经过超声波信号处理模块处理后，从STM32的IN2脚进入，STM32关闭定时器，读取此时定时器的计时时刻t2，再通过USB接口将PWM窄脉冲信号、t1和t2传输至上位机；

(4)上位机通过USB模块接收PWM窄脉冲信号、t1和t2，根据PWM窄脉冲信号进行波形显示，若有波形呈现且持续呈现，则进入步骤(5)，如果未呈现波形或波形不能持续呈现，则调整超声波传感器Ⅰ和超声波传感器Ⅱ各自的探头安装位置，返回步骤(2)；

(5)上位机根据测量参数、t1和t2计算流量，同时将测量参数、t1、t2、PWM窄脉冲信号以及结果数据进行保存。

本发明同时提供了一种基于所述超声波流量测量试验装置的超声波距离检测方法，包括以下步骤：

(1)查询测量参数，包括超声波传播速度；一组超声波传感器中用于发射信号的超声波传感器为超声波传感器Ⅰ，用于接收信号的超声波传感器为超声波传感器Ⅱ，将超声波传感器Ⅰ和超声波传感器Ⅱ各自的探头分别安装于待测管道外侧横截面直径的两顶点处；

(2)上位机通过USB模块向STM32发送控制指令，控制STM32开启定时器，读取此时定时器的计时时刻t1，同时产生频率为1MHz的PWM窄脉冲信号，通过IN1脚将PWM窄脉冲信号经过超声波发射模块和超声波传感器Ⅰ进行发射；