[发明专利]改进的信号行程时间流量计

说明书

本申请提供了一种用于确定流体导管中的液体的流速的方法。在信号生成阶段期间，将脉冲信号施加到第一超声波换能器。然后在第二超声波换能器处接收响应信号。稍后从响应信号导出测量信号，其中，导出包括相对于时间反转信号部分。在测量阶段期间，液体相对于流体导管移动。然后将测量信号施加到两个换能器中的一个，并且在另一个换能器处测量测量信号的响应信号。从测量信号的响应信号导出流速。

技术领域

本申请涉及流量计，具体而言，涉及超声波行程时间流量计。

背景技术

各种类型的流量计目前用于测量通过管道的流体(例如液体或气体)的体积流量。超声波流量计或者是利用声学多普勒效应的多普勒流量计，或者是有时也称为传输流量计的行程时间流量计，其利用由源和介质的相对运动引起的传播时间差。行程时间也被称为飞越时间或渡越时间。

超声波行程时间流量计计算在流动方向上和逆流动方向上传播的超声波脉冲的传播时间的差。作为管线式流量计，也称为侵入式或湿式流量计，或者作为夹合式流量计，也称为非侵入式流量计，来提供超声波流量计。流量计的其它形式包括文丘里管道，溢流门槛，雷达流量计，科里奥利流量计，差压流量计，磁感应流量计和其他类型的流量计。

当存在不规则流量剖面或开放通道时，多于一个传播路径可能是确定平均流速所必需的。其中，在诸如IEC 41或EN ISO 6416的水文测验标准中说明了多路径过程。作为进一步的应用，超声波流量计也用于例如利用声学多普勒海流剖面仪(ADCP)测量流量剖面。ADCP也适用于测量河流和开阔水域的水流速和排放量。

发明内容

本说明书的目的是提供一种改进的时差流量计和相应的方法，用于测量通常的流体，特别是用于诸如水，油的液体或气体，的平均流速或流量剖面。

在根据本说明书的流量测量设备中，例如压电元件形式的声换能器，也称为压电换能器，用于生成和接收测试信号和测量信号。

可替换的声发射器包括激发金属膜振动的激光器，或简单的扬声器。还可以以其它方式产生压力波。接收器侧也可以由不同于压电换能器但检测超声波的其他装置表示。

尽管在本说明书中经常使用术语“压电换能器”，但是其也代表产生或检测超声波的其它声波换能器。

根据本说明书的测量信号可以通过匹配滤波器来建模。如果尖峰脉冲用作探针或测试信号，那么在换能器处接收的信号是流体的导管或通道的脉冲响应。根据本申请，将脉冲响应相对于时间的反转版本通过与测量信号相同的通道，在相反方向上或者在相同方向上发送回来。这分别导致在原始源处的起点具有峰值的信号，或者在原始接收器处具有峰值的信号。

相对于时间的反转可以以几种方式实现。如果将模拟装置用于记录响应信号，则可以以反向模式播放记录的响应信号。如果将数字装置用于记录响应信号的样本，则将所记录的样本的顺序倒转以便获得反转信号。这可以通过将每个记录的样本的时间戳的值反转，将各自的时间值乘以(-1)来实现。如果按照时间戳值的升序播放，就以相反的顺序播放记录的样本。换句话说，反转的响应信号是记录的响应信号，但是逆向播放。

根据本说明书的超声波流量计通过使用上述反转信号或类似形状的信号来提供集中特性，用于超声波流量计形成在空间和时间上集中的响应信号。这又导致在接收压电元件处的更高的振幅和更好的信噪比。

利用根据本说明书的超声波流量计，可以在非常一般的条件下获得集中。例如，如果反转信号的时间分辨率足够，即使仅激励一个超声发射器，并且即使将反转信号简化到仅在振幅范围内粗略数字化的信号，也获得了集中特性。此外，根据本说明书的流量计可以与夹合式换能器一起使用，夹合式换能器容易定位在管道上并且不需要对管道进行修改。

在根据本说明书的流量测量方法中，可以调整相对于测量信号的振幅的位分辨率。具体而言，可以调整位分辨率以获得响应信号的高振幅。