[发明专利]超声波流量计的流速模拟系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波流量计测试领域，尤其涉及一种超声波流量计的流速模拟系统及方法。

背景技术

由于超声波流量计不接触被测介质,测量准确度受介质温度和压力参数影响较小等特点,使其得到广泛应用。

申请人公司之前在超声波流量计研发过程中,采用时差法测量流体流速,基本原理都是测量超声波脉冲在顺水流和逆水流中的时间差来反应流速,从而测出流量。因此在此前的超声波流量计研发时,为得到流速的信息,须将超声波传感器安装在实际的管道上,并通过一定流速的流体,才能验证相关超声波流量计脉冲收发电路是否正常,测量结果是否线性等相关信息。在不具备管道和流体的情况下,这样的功能测试就不能进行。因此有必要设计一种模拟超声波传感器收发波形的电路系统,使超声波流量计的参数验证工作在没有实际管道和流体的情况下,也可以验证超声波脉冲收发电路是否正常,以及流量计线性度是否在合理范围内。

发明内容    

本发明是针对现有技术的不足，提供了一种超声波流量计的流速模拟系统及方法，本方法结合本系统可以有效地解决超声波流量计功能验证必须在具备管道和一定流速流体情况下才能进行的弊端,使超声波流量计的功能验证在无管道流体的情况下也能实现，本发明适用于在不需要实际管道流体的情况下,模拟超声波流量计的信号收发方式,实现流速的模拟和线性度分析。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种超声波流量计的流速模拟系统，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。

所述FPGA电路采用型号为EP4CE10的FPGA芯片。

所述DA转换器采用型号为AD9760AR的数模转换器。

所述输出控制电路采用型号为ADG1421的模拟开关芯片。

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。

所述通道切换电路采用型号为ADG1421的模拟开关芯片。

一种超声波流量计的流速模拟方法，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；