[发明专利]一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法。流量计系统主要包括上位机、微控制器模块、超声波时差测量电路模块、升压驱动电路模块、超声波收发模块、超声波管道和电源驱动模块。使用方法的主要步骤如下：1)初始化基于TDC1000的高精度超声波流量计系统。2)计算超声波流量的顺流传播时间t₁。3)计算超声波流量的逆流传播时间t₂。4)根据超声波流量的顺流传播时间t₁和超声波流量的逆流传播时间t₂计算超声波瞬时流量Q。本发明设计的系统解决了超声波飞行时间测量中的实时性和精确性问题。

技术领域

本发明涉及超声波流量计设计领域，具体是一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法。

背景技术

在生产和计量场景中，为了提高产品质量和准确计量收费，需要精确的测量管路中流体的流量。超声波流量计检测技术以高精度的突出特点广泛应用于各种流体流量的检测，该技术是利用超声波在流体中的传播特性，将对流量的测量转换为对时间、频率等参数的测量，结合其他物理参数再计出流体流量，具有精度高、非接触性、不破坏流体等优势。根据测量原理的不同，可分为时差法、频差法以及相关法等。因为成本和使用便利性等因素，时差法应用较为广泛。该方法是利用超声波在顺流和逆流的飞行时间会受到流体速度的影响，通过两者的时间差值即可计出流体的速度。

要提高流量计的测量精度，其核心都可转化为对超声波飞行时间的精确测量。

通常采用回波包络法，将换能器接收的信号y(t)利用希尔伯特变换求取其包络为A[y(t)]，并运用超声波回波包络模型函数对求取的包络进行拟合，根据最优模型求得包络取得最大值时所需时间为t_m，出t_m与超声波到达某一时间值的差值为Δt'，即可得出超声波飞行时间为t_m-Δt'。但采集与缓存波形后，处理波形实时性较弱。

另一种是互相关法，根据发射波形信号和接收波形信号在同一时间轴上的延迟关系得出超声波飞行时间。这样方法能够很好地解决超声波信号受流场扰动而失真的问题，对不同测量对象有很强的适应性、测量结果与被测流体的参数变化基本无关，但为了获得高精度的时间值，需要有很高的数据采样频率，且测量精度不高、标定工作较为困难。

综上，应用时差法超声波流体流量检测技术时，对接收的波形信号基于软件法计出超声波飞行时间，存在实时性较弱、测量精度低等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，主要包括上位机、微控制器模块、超声波时差测量电路模块、升压驱动电路模块、超声波收发模块、超声波管道和电源驱动模块。

所述上位机控制所述微控制器模块。

所述微控制器模块向所述超声波时差测量电路模块发送测量指令。

所述超声波时差测量电路模块主要包括超声波感测模拟前端TDC1000和时间-数字转换计数器TDC7200。

所述超声波感测模拟前端TDC1000接收测量指令后，向所述升压驱动电路模块发送升压驱动信号，同时，所述超声波感测模拟前端TDC1000向所述时间-数字转换计数器TDC7200发送START信号。

所述时间-数字转换计数器TDC7200主要包括计数器和寄存器；

所述时间-数字转换计数器TDC7200的计数器接收到START信号后开始计时。

所述时间-数字转换计数器TDC7200的寄存器存储计时结果。

所述升压驱动电路模块接收升压驱动信号后，将驱动电压升高到30V，并驱动超声波收发模块发送超声波信号。