[发明专利]高精度时差式单脉冲超声波流量计系统及其测量流量方法

权利要求书

1.高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，所述系统包括：MCU控制单元、单脉冲信号发射驱动单元、收发切换单元、超声波换能器组、超声波信号处理单元及鉴相积分单元，所述

MCU控制单元，用于发送控制信号到收发切换单元和单脉冲信号发射驱动单元，及

发送标准延时信号到鉴相积分单元和利用测得的超声波顺程传播时间和逆程传播时间计算得到超声波在流量计管道中逆程和顺程传播时差；

收发切换单元，选定超声波换能器，即选定逆程测量或顺程测量；

单脉冲信号发射驱动单元，用于产生单周期正弦波信号，并将信号发送到超声波换能器；

超声波换能器，包括发射换能器和接收换能器，用于超声波信号的发射和接收，并将超声波信号传送至超声波信号处理单元；

超声波信号处理单元，用于将超声波信号进行滤波放大，并通过零检测和阈值检测确定到达信号；

鉴相积分单元，用于将到达信号与所述标准延时信号进行比较，得到超声波顺程传播时间和逆程传播时间，并根据超声波顺程传播时间和逆程传播时间之间的时差和管道直径计算得到管道流体单位时间流量大小。

2.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，

超声波信号经过发射换能器时得到超声波顺程传播时间；

超声波信号经过接收换能器时得到超声波逆程传播时间。

3.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，所述单脉冲信号发射驱动单元包括数字延时电路、LC滤波电路和磁环变压器，由所述数字延时电路产生单周期脉冲信号；由LC滤波电路将单周期脉冲信号滤波为单周期正弦波；由磁环变压器将低电压正弦波信号升压至适中电压。

4.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，所述超声波信号处理单元包括：带通滤波放大电路和比较整形电路。

5.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，所述鉴相积分单元包括鉴相电路和Δt/Δu积分电路，由所述鉴相电路得到声波顺程传播时间或逆程传播时间与标准延时信号的时差相同宽度的矩形波信号；由所述Δt/Δu积分电路将时差相同宽度的矩形波信号转换为电压信号。

6.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统，其特征在于，所述MCU控制单元包括标准时间信号产生单元和A/D转换电路，由所述A/D转换电路将Δt/Δu积分电路输出的电压值转为MCU控制单元运算的数字量，并由MCU控制单元求得模拟积分电压对应的时差大小，根据时差计算得到管道内流体流速，通过截面面积经流量修正系统修正得到超声波体积流量。

7.高精度时差式单脉冲超声波流量计系统的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

发送控制信号到收发切换单元和单脉冲信号发射驱动单元，及

发送标准延时信号到鉴相积分单元和利用测得的超声波顺程传播时间和逆程传播时间计算得到超声波在流量计管道中逆程和顺程传播时差；

选定超声波换能器，即选定逆程测量或顺程测量；

产生单周期正弦波信号，并将信号发送到超声波换能器；

将超声波信号发送到超声波信号处理单元；

将超声波信号进行滤波放大，并通过零检测和阈值检测确定到达信号；

将到达信号与所述标准延时信号进行比较，得到超声波顺程传播时间和逆程传播时间，并根据超声波顺程传播时间和逆程传播时间之间的时差和管道直径计算得到管道流体单位时间流量大小。

8.根据权利要求7所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统的测量方法，其特征在于，

所述超声波顺程传播时间是由超声波信号经过发射换能器得到；

所述超声波逆程传播时间是由超声波信号经过接收换能器得到。

9.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统的测量方法，其特征在于，由所述数字延时电路产生单周期正弦波信号；由LC滤波电路将单周期脉冲信号滤波为单周期正弦波；由磁环变压器将低电压正弦波信号升压至适中电压。

10.根据权利要求1所述的高精度时差式单脉冲超声波流量计系统的测量方法，其特征在于，由鉴相电路得到声波顺程传播时间或逆程传播时间与标准延时信号的时差相同宽度的矩形波信号；由Δt/Δu积分电路将时差相同宽度的矩形波信号转换为电压信号；

由A/D转换电路将Δt/Δu积分电路输出的电压值转为MCU控制单元运算的数字量，并由MCU控制单元求得模拟积分电压对应的时差大小，根据时差计算得到管道内流体流速，通过截面面积经流量修正系统修正得到超声波体积流量。