采用传播时间法的时差式超声流量计设计

所存在问题分析

本文引用地址： //m.amcfsurvey.com/article/193388.htm

　　从上述公式的推导中可以看出，要运用传播时间测流量时，最关键的测量量就是顺逆流传播时间差，只有精确得到这个时间差，流量才能由其导出。

　　对于小口径、低流速的情况，顺逆流的时差非常短，典型最大流量对应的时差仅约20ns，精确测量难度很大，需要极高的时钟频率。如果测量方法粗放，这个极小的时间量很可能被淹没在测量的误差中。因此，如何才能测量到这个时间量，并使其尽可能精确，就是本文要研究的环鸣法的关键所在。

　　环鸣法的设计确定

　　环鸣法的产生

　　为了解决时间差值太小的的问题，环鸣法利用了让小的量不断积累，使总体值增大，得到总量后再做平均的思想。环鸣法总方框图如图2所示。

　　该方法中，当换能器T1发射声信号，在换能器T2收到信号的时刻，令T1再次发射声信号，而T2再次接收，这样如此循环发射、接收N次。通过测量记录下N次测量的总时间∑t正。然后，再令T2发射，T1接收，经过N次如此循环就可得到逆向发射总时间∑t逆。这时让顺逆流两个总的时间作差，可以得到总时间差∑Δt。∑Δt这个量比起单次测量时，它已经扩大了2N倍。由测量带来的误差经过了N次累加后，其均值则向零靠近，使得测量精度提高了倍。此时这个值就较容易测量，从而得到想要的流量数据。

　　环鸣法要解决的几个重要问题

　　精确捕捉计时点

　　新测量方法用具有半个周期的正弦脉冲去激励换能器。由于换能器是一个窄带系统，在电脉冲的激励下，发射和接收的声信号都是较短的、有正弦填充的、具有钟形包络的脉冲信号，如图3所示。本文选用冲击信号作发射源，信号持续时间短，因此比较适合细管径的输液管道测量。

　　正弦函数在过零点处斜率最大。如果把回波的某个正弦周期的过零点检测出来，回波时间的测量精度将极大提高。从总方框图可知，过零点的检测电路是由过零比较器、电平比较器、单稳2电路和与门电路等组成。其波形和信号之间的逻辑关系在图3中可以清楚地看到。

　　从图3可以看出，得到这个计时点立刻触发单稳1电路以获得发射同步信号。