[发明专利]用于测量液体或气体流的系统或方法

说明书

本发明涉及包括用于测量流管道中的流的系统和方法，其中流管道包括至少两个超声换能器。未决申请的目的是通过基于微控制器的电子系统控制的、发射超声波束的一个或多个换能器来测量管道中的气流。如果微控制器存储用于每个方向的发送的数据样本的矢量，该矢量包括形成帧的合适数目的N个样本，微控制器将帧的每个值与复数相乘，微控制器基于结果来计算管道中的流，则可以实现目的。通过根据本专利申请的发明，可以实现在管道中流通的空气的有效的流测量。

技术领域

本发明涉及用于测量液体或气体流的系统或方法，该系统包括流管道，该流管道包括至少两个换能器(transducer)，该换能器生成流管道中的至少一束超声波，发射器/接收器电路通过发射器/接收器开关连接，在第一位置的开关将第一发射器/接收器连接至发射器电路，并且第二换能器连接至接收器电路，该接收器电路包括至少一个带通滤波器，该带通滤波器进一步连接至微控制器，该微控制器包括模数转换器，该模数转换器将模拟信号转换为至少表示穿过时间和时间差的数字数据样本，所述微控制器在存储器中存储数据样本。

背景技术

WO2010/122117公开了一种通风系统，其中风扇从建筑或类似的封闭结构的外部吸入空气，用于循环进入建筑的内部，并且通过通风单元产生供应气流，其能够冷却和加热空气。此外，通风单元可以配备增湿/去湿设备。控制器控制阀的位置或间接地控制风扇的速度，从而响应于从位于供应空气管道中的超声设备接收的输入来调节供应气流，其中超声设备测量气流和温度。

发明内容

未决申请的目的是通过基于微控制器的电子系统控制的、发射超声波束的一个或多个换能器来测量管道中的气流。

如果发射器电路和接收器电路由开关控制，该开关执行发射器电路到接收器电路和接收器电路到发射器电路的连续切换，微控制器存储数据样本的矢量用于每个方向的发送，该矢量包括形成帧的合适数目的N个样本，微控制器将帧的每个值乘以幅度为1并且相位表示发射的频率和相位的复数，微控制器生成虚值和实值，虚值和实值在数字滤波器中低通滤波，将滤波的值发送到幅度函数和相位检测函数，微控制器基于幅度函数的结果和相位检测函数的结果来计算管道中的流，则目标可以实现。

通过根据本专利申请的发明，实现了对管道中流通的空气的高效流测量。实现了空气中的两换能器之间的信号的衰减(damping)比在传统的超声波流测量系统中发现的衰减充分地更高，仅因为液体更好地匹配于换能器的阻抗。因为发射和接收的相对弱和长的信号，有必要将接收器与发射器隔离，以便得到所接收的信号的好的结果。通过将接收的信号当作具有大部分是正弦曲线的曲线的振荡信号，可以数学地处理正弦形式并且将它划分为信号的虚部和实部。这可以导致这样的情形，可以非常精确地检测幅度，还可以进行非常精确的相位检测。通过执行信号的高效低通滤波，实现了减小具有更高频率的所有信号，所以它们对测量的影响不存在。这可以导致所测量的信号的高得多的精度。

幅度函数的结果可以进一步由微控制器在数字恒定比例鉴别器(constantfraction discriminator,CFD)中处理。因此实现了由恒定比例鉴别器来测量到达时间Tup和T dwn。从CFD的输出用来放置(place)采样帧，所以它优选地开始于如果尚无纯延迟(dead delay)则脉冲会在的地方。纯滞后是由于通过电缆的信号发送和来自换能器的固体部分的影响而导致的延迟，还有如果在使用的端部滤波器的一个中存在延迟，则导致的延迟。采样帧的开始可以部分等于空气中的发送时间T UP和T DWN。时钟的频率将限制分辨率，但是精度对于分母中的T UP和T DWN值足够但是对于各种delta-Ts不够，因为这需要比通过其调整采样帧的更高的分辨率。

相位检测函数的结果可以进一步由微控制器在表示相对于帧的时移的数字信号中处理。因此实现了时间差T UP-T DWN＝Delta T的分辨率的增加。因此可以执行高效的相位检测。因此与从现有技术已知的对相同信号的零交叉检测获得的偏差相比，使用以上方法可以实现标准偏差的相对降低。