[发明专利]用于超声波流量计的变频器干扰解决方法及测量系统

说明书

技术领域

本发明属于仪器仪表领域，涉及到水流量测量方法，特别涉及到超声波流量计中变频干扰的解决方法。

背景技术

超声波流量计具有测量精度高、使用方便的优点，目前在水流量测量方面已经得到广泛应用。其利用声波在顺流和逆流传播中的时间差，计算得到水的瞬时流速，再依据管道的截面积，获得水流动时的瞬时流量，再通过对时间的积分，得到水流动时累计流量。可以看出，超声波流量计工作时，需通过上游探头发送信号、下游探头接收信号，获得顺流传播时间，然后再通过下游探头发送信号、上游探头接收信号，获得逆流传播时间，不断循环往复。由于声波在水中传输速度极快，因此在管道中的传输时间很短，上游传输到下游和下游传输到上游的时间差通常在几十纳秒到几百纳秒之间，这要求对声波在管道中的传输时间进行非常精确的测量，目前德国ACAM公司推出的时间数字转换芯片TDC-GP22是专门用于超声波流量计中时间的检测，时间分辨率可达65皮秒，为保证时间差测量精度，本发明所设计的超声波流量计基于TDC-GP22芯片，其电源和信号接口电路常规设计如图1所示。但TDC-GP22对时间进行精确测量的前提是，在接收端获得的信号波形不失真。而超声波流量计在工作时，相应的水泵通常需要变频器进行驱动，这将在超声波流量计的电源输入上产生强烈的干扰，从而严重影响接收信号，造成流量计无法工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：变频器对超声波流量计的电源干扰问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于超声波流量计的变频器干扰解决方法，在被测管路中同一上下游状态设置两套超声波流量计。每一所述超声波流量计中时间数字转换芯片的供电电源为充电电池。在工作状态下，一套所述超声波流量计由所述充电电池提供电力实现工作；另一套所述超声波流量计处于待机状态，且所述待机状态超声波流量计的充电电池处于充电状态。一定切换周期或者充电状态的电池充满电后，切换两套超声波流量计的工作状态，从而实现两个声道测量的循环切换，并始终保证当前测量声道（当前测量超声波流量计）由所述充电电池供电。

优选方式下，所述超声波流量计选用TDC-GP22芯片；所述充电电池为3.6V电池；所述切换周期为24小时。而工作状态的控制由CPU实现。

根据上述方法，为了实现简单控制，简化电路设置，本发明还提供了一种基于超声波流量计变频器干扰解决方法的测量系统，在被测管路中同一上下游状态设置两套基于TDC-GP22芯片超声波流量计，每一套超声波流量计还包括与所述TDC-GP22芯片关联的上游探头、下游探头。其中，设置一个通过SPI接口经各自的光电隔离芯片与每一TDC-GP22进行通信实现时钟信号、片选信号、数字量输入信号、数字量输出信号传输的CPU，用于控制每一所述TDC-GP22信号的发送、数据的读取、参数的读取和设置。为每一所述TDC-GP22设置一个3.6V充电电池，作为工作电源。此外，系统的电源由外接220V AC或24V DC供电，外接电源经转换后持续为所述CPU供电；同时转换后的电源还经继电器切换为导通与截止状态交互的两个支路，每一所述支路再经电源转换后利用充电回路为一个所述超声波流量计的充电电池充电；其中，所述继电器的导通与截止用于两套所述超声波流量计工作与待机状态的交互切换；所述继电器的控制端连接所述CPU的控制引脚。

上述测量系统实现上述测量方法，主要依靠CPU控制实现。

本发明的技术方案是：以低功耗双声道超声波流量计技术为基础，在外接220V AC或24V DC供电时，对两个声道辅以电池供电，并在两个声道之间进行测量的循环切换，切换周期以24小时为单位，将两个声道分别命名为A声道和B声道，通过切换总是保证当前测量的声道是电池供电。例：若A声道工作，则将A声道的外接电源切除，使该声道的测量完全由电池供电，从而避免由于变频器工作后从外接电源引入的干扰，同时B声道处于待机状态，此时将B声道的外接电源接通，并利用外接电源对B声道的电池进行充电，当充电结束时，切除B声道的充电回路，但B声道仍然由外接电源供电；当B声道工作、A声道处于待机状态时，处理与之类似，此时将切除B声道的外接电源，使之完全由电池供电进行工作，而A声道的外接电源则接通，并利用外接电源对A声道的电池进行充电，充电结束后，切除充电回路。由于两个声道均采用低功耗设计，因此即使采用电池供电，其持续工作时间也将远大于24小时，本发明设计将切换周期单位定为24小时，并采用可多次反复充电的充电电池，保证了流量计的长久运行，具体设计如图1所示。