[发明专利]一种高精度四声道气体超声波流量变送器

说明书

一种高精度四声道气体超声波流量变送器，由发射/接收信号通道切换电路、两路驱动信号生成和放大电路、两路回波信号调理与采集电路、FPGA最小系统、DSP最小系统、人机接口、串口通讯、电源管理模块以及FPGA软件和DSP软件组成，采用同时激励两路换能器和同时接收两路回波信号的双发双收模式、采用八路换能器激励与八路回波信号数字信号处理相分离模式。

技术领域

本发明涉及流量测量领域，为一种气体超声波流量变送器，特别是一种采用同时激励两路换能器和同时接收两路回波信号的双发双收模式、采用八路换能器激励与八路回波信号数字信号处理相分离模式的四声道气体超声波流量变送器。

背景技术

气体超声波流量计(又称气体超声流量计)具有测量精度高、无压损、量程比大、适用于大口径等优点而被广泛地应用于天然气流量测量领域。气体超声波流量计由一次仪表和二次仪表组成，一次仪表包括气体超声波换能器、流量管和安装部件。二次仪表(又称变送器)包括驱动信号生成和调理部分、回波信号调理和数字处理部分、人机交互部分和软件。

合肥工业大学研制了双声道气体超声波流量计(徐科军，方敏，汪伟，朱文姣，沈子文。一种基于FPGA和DSP的气体超声流量计，申请中国发明专利，公开号CN104697593A，申请日2015.06.10)。双声道气体超声波流量计由一次仪表和二次仪表组成，一次仪表包括气体超声换能器和传感器单元；二次仪表包括发射/接收信号通道切换电路、驱动信号生成与放大电路、回波信号调理与采集电路、FPGA最小系统、DSP最小系统、人机接口、串口通讯、电源管理模块以及FPGA和DSP的软件。其特征如下：

(1)一次仪表由四个换能器A、B、C、D、压力传感器和温度传感器组成，四个换能器成X型分布方式，即形成两个对射式(又称直射式)的声道，换能器A和B组成一个声道，换能器C和D组成另外一个声道。

(2)采用单发单收的工作模式，其工作过程为：换能器A作为发射换能器，发射超声波信号，换能器B作为接收换能器，接收超声波信号并产生回波信号；DSP对接收到的回波信号进行数字信号处理；处理完成后，再开始激励下一个换能器和处理下一路回波信号。在一次测量周期中依次激励四个换能器和处理四路回波信号。这样，在整个测量过程中数字信号处理耗时较长，因此，每个通道的激励时刻也间隔时间较长。当流体流速变化较快时，在一个测量周期内，不同声道间测得的气体流量线速度会存在偏差，导致采用线速度加权去求得平均面速度时存在误差。

(3)发射信号通道切换电路包括四路驱动信号选通电路。驱动信号选通电路位于变压放大电路之前，并采用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)对驱动信号进行选通，其通道切换控制信号与驱动信号采用共地接法，没有进行隔离。在MOSFET关断的情况下，漏极和源极之间并非完全断开，而是存在一个大电阻，因此，仍然会有一定的漏电流流过。由于驱动信号放大电路与4路驱动信号选通电路同时相连，因此，当某一通道被选通工作时，激励信号会通过漏电流而影响到其它通道。

发明内容

为了提高仪表的测量精度，增强系统的抗干扰能力，本发明提供了一种高精度四声道气体超声波流量变送器。

一种高精度四声道气体超声波流量计由一次仪表和二次仪表(又称变送器)组成。

所述一次仪表由八个气体超声换能器、流量管和安装部件组成。所述八个气体超声换能器分别固定在流量管上；每个换能器既可作为发射换能器，又可作为接收换能器。

所述二次仪表由两路驱动信号生成与放大电路、两路回波信号调理与采集电路、DSP(数字信号处理器)最小系统、FPGA(现场可编程门阵列)最小系统、发射/接收信号通道切换电路、电源管理模块、人机接口、串口通讯模块以及FPGA软件和DSP软件组成。

所述驱动信号生成与放大电路由高速DAC(数模转换器)转换电路、驱动信号电压放大电路、功率放大电路和变压器放大电路组成。