[发明专利]超声波流量计的流速模拟系统及方法

权利要求书

1.一种超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于：包括FPGA电路、触摸屏、DA转换器、输出控制电路、通道切换电路、信号阈值比较电路以及两个换能器，所述FPGA电路分别与输出控制电路、通道切换电路连接，用于分别控制输出控制电路、通道切换电路的接通或断开，所述FPGA电路通过RS485接口与触摸屏连接，所述FPGA电路通过RS232接口与待测超声波流量计连接，所述待测超声波流量计用于分别向两个换能器发出驱动信号，所述两个换能器用于分别接受待测超声波流量计的驱动信号，并分别经通道切换电路传递给信号阈值比较电路，所述信号阈值比较电路用于将待测超声波流量计驱动换能器的驱动电压与设定的阈值进行比较，输出启动信号给FPGA电路，所述FPGA电路用于接收信号阈值比较电路的启动信号，产生定时时间，定时输出控制信号，控制DA转换器输出超声波脉冲波形，并经输出控制电路分别传递给两个换能器。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于： 所述FPGA电路采用型号为EP4CE10的FPGA芯片。

3.根据权利要求1所述的超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于：所述DA转换器采用型号为AD9760AR的数模转换器。

4.根据权利要求1所述的超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于：所述输出控制电路采用型号为ADG1421的模拟开关芯片。

5.根据权利要求1所述的超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于：所述信号阈值比较电路包括运放（U12A）、运放（U14B）以及若干电阻、电容，所述运放（U14B）的同相输入端经第28个电阻（R28）与通道切换电路的输出端连接，运放（U14B）的反相输入端分别与第26个电阻（R26）的一端、第27个电阻（R27）的一端、第53个电容（C53）的一端连接，第26个电阻（R26）的另一端接地，第27个电阻（R27）的另一端、第53个电容（C53）的另一端均与运放（U14B）的输出端连接，运放（U14B）的输出端经第29个电阻（R29）与运放（U12A）的同相输入端连接，运放（U12A）的反相输入端分别与电阻（RA1）的一端、电阻（RA2）的一端连接，电阻（RA1）的另一端接1.2V电压，电阻（RA2）的另一端接地，所述运放（U12A）的输出端与FPGA电路连接。

6.根据权利要求1所述的超声波流量计的流速模拟系统，其特征在于：所述通道切换电路采用型号为ADG1421的模拟开关芯片。

7.一种超声波流量计的流速模拟方法，其特征在于，采用了上述超声波流量计的流速模拟系统，包括以下步骤：

1) 在触摸屏中预先设置模拟参数，包括管道直径D、两超声波换能器与管道水平方向夹角                                               、量程、超声波速度c，根据设定的量程确定多个用于测试线性度的测试点，各个测试点的流体流速v对应量程的各个百分比，将从两个换能器中的第一换能器开始发送脉冲到第二换能器接收到脉冲信号的时间定义为t1，从第二换能器发送脉冲到第一换能器接收到脉冲信号的时间定义为t2，t1与t2之差定义为⊿t，在触摸屏上设置好模拟参数后，FPGA根据设置的模拟参数，通过公式1、2、3计算出多个不同量程百分比点对应的t1值和t2值，其中，公式1为，公式2为，公式3为；

2)启动测试，FPGA电路通过RS232接口通知超声波流量计测试过程开始，超声波流量计首先在第一换能器上发出驱动脉冲，FPGA电路通过信号阈值比较电路确定接收到超声波流量计发射脉冲后，FPGA电路立刻开始计时，计时t1时间后，FPGA电路控制DA转换器给第二换能器输出模拟接收信号波形，超声波流量计测量从发送驱动脉冲到接收到模拟接收信号波形的时间间隔T1，然后超声波流量计在第二换能器上发出驱动脉冲，FPGA电路通过信号阈值比较电路确定接收到超声波流量计发射脉冲后，FPGA电路立刻开始计时，计时t2时间后，FPGA电路控制DA转换器给第一换能器输出模拟接收信号波形，超声波流量计测量从发送驱动脉冲到接收到模拟接收信号波形的时间间隔T2，超声波流量计根据测量得到的时间间隔T1和T2，计算出流速V，并将此流速V发送给FPGA电路，FPGA电路根据该流速V即可判断出超声波流量计工作收发信号功能是否正常，并发送给触摸屏显示；

3）根据步骤2）分别计算出多个测试点对应的流速，并判断线性度。