[发明专利]超声波流量计

说明书

技术领域

本发明涉及用于利用超声波测量流过导管的流体的流量的超声 波流量计。

背景技术

在已知的用于测量流过导管的流体的流量的超声波流量计中，在 导管内从上游位置向下游位置发送超声波脉冲，以检测超声波脉冲的 前向传送时间，在导管内从下游位置向上游位置发送超声波脉冲，以 检测超声波脉冲的后向传送时间，然后，检测前向传送时间与后向传 送时间之差以求得传送时间差，最后从由此检测出的超声波脉冲的传 送时间差，测量流体的流量。

在日本专利申请公开特开第2002-162269号中公开了一种已知的 超声波流量计，其中利用零交叉点(zero cross point)来检测所述超 声波脉冲时间差。在日本专利申请公开特开第2002-243514号中，公 开了另一种已知的超声波流量计，其中利用超声波信号的互相关来检 测所述超声波脉冲时间差。

在已知的超声波流量计中，即使当发送单个超声波脉冲时，由于 超声波振动单元的自谐振，超声波接收单元在如图12所示的多个周 期上接收到超声波。因此，所接收的超声波包括多个零交叉点。在已 知的利用零交叉点方法的超声波流量计中，需要在所接收的前向传送 超声波脉冲的超声波中和所接收的后向传送超声波脉冲的超声波中， 找出相应的零交叉点。

但是，如果由于信号电平的下降导致所接收超声波的信噪比下 降，或者如果在所接收超声波之间存在相当大的振幅差距，那么可能 无法正确地检测到相应的零交叉点。如果相应的零交叉点不能被正确 地检测，则可能在流量测量中引入很大的误差。

在已知的利用互相关方法的超声波流量计中，对接收的超声波信 号进行统计学处理，以求出获得作为用以指示传送时间差的指标的最 大互相关点。互相关曲线没有显示陡峭的曲率，因而为了精确地检测 最大点，需要通过如二次方程式的多项式来对互相关曲线进行近似。 图13示出了利用互相关的这种计算结果的示例。图14示出了一曲线 图，其以放大的比例尺例示出峰值位置。

在已知的利用互相关方法的超声波流量计中，对所接收的前向传 送超声波脉冲的超声波信号进行采样，以求得由N个采样值组成的数 字数据序列x，也对所接收的后向传送超声波脉冲的超声波信号进行 采样以求得由N个采样值组成的数字数据序列y。通过以下等式(1) 求得这些两个数字数据序列x和y之间的互相关：

Rxy[m]＝∑x[n]·y[n+m]  (m＝0，1，2，...，N-1)    (1)

在该等式(1)中，Rxy表示互相关，x[n]，y[n+m]表示数据序列 x和y，∑表示对n＝1，2，...，N求和。

互相关Rxy变为最大的偏移量m表示前向和后向传播超声波之 间的传送时间差。为了检测该偏移量m，必需根据等式(1)进行大 量的乘法。当由软件执行该计算时，需要长的时间段，而当由硬件进 行该计算，需要使用高性能的昂贵信号处理单元。

所计算出的互相关Rxy变为最大的偏移量m是整数，但互相关 的实际最大值通常在m与m-1或m+1之间的中间点获得。因此， 为了检测出实际最大值，必需通过如上所述的如二次方程式的多项式 来对该互相关曲线进行近似。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新颖且有用的超声波流量计，其能够 消除上述的已知超声波流量计的缺点，并且能够在较短时间段内通过 简单计算来检测出前向传播超声波与后向传播超声波之间的传送时 间差。

根据发明，一种通过检测在导管内沿从上游侧向下游侧的前向方 向传播超声波的前向传播时间与在导管内沿从下游侧向上游侧的后 向方向传播超声波的后向传播时间之间的传送时间差，来测量流过导 管的流体的流量的超声波流量计，所述超声波流量计包括：

设置在导管上游侧的第一超声波振动单元，用于发送沿前向方向 传播的超声波，并接收沿后向方向传播的超声波，以产生后向超声波 信号；

设置在导管下游侧的第二超声波振动单元，用于发送沿后向方向 传播的超声波，并接收从所述第一超声波振动单元传送并沿前向方向 传播的超声波，以产生前向超声波信号；

A/D转换器，用于分别对从所述第一和第二超声波振动单元产生 的所述后向和前向超声波信号进行采样并分别转换为后向和前向数 字数据序列x和y；

第一和第二存储单元，用于分别存储所述后向和前向数字数据序 列x和y；