CN113375739A - 用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测量流量技术领域，具体涉及用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法,所述的流量计包括核心处理器，与核心处理器连接的功率放大单元，功率放大单元具有功率放大电路；还包括与核心处理器连接的调制解调模块；调制解调模块具有小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、带通滤波电路；调制解调模块还与ADC采集前端信号偏置单元连接，ADC采集前端信号偏置单元具有ADC采集前端信号偏置电路；核心处理器用于处理采集的数据并锁定最优频点。该流量计中的电路设计以及最优频点的锁定方法解决了因选频放大谐振一致性导致误差等因素致使的设定频率与实际电路不匹配问题以及产品生产之后反复调试测试硬件的问题。
Description
技术领域
本发明涉及测量流量技术领域，具体涉及一种用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法。
背景技术
目前，非满管的超声波多普勒流量计被广泛应用到污水管道、河道、明渠等进行流量计量。以污水管道为例，当污水管道处于非满管状态时，如半管状态，此时电磁流量计、涡轮流量计等由于无法检测到水流的横截面积，因此无法实现流量与流速的计量；那么，在此场景下，就可以采用超声波方式进行非满管测量。而目前采用超声波方式测量的方案多数是通过投入式且超声波发送和接收一体的流量计进行测量，也有采用通过管道外壁进行非接触测量的方式，但无论哪一种测量方式，都是基于多普勒频差法原理进行实现的，超声波发送电路通过换能器发射超声波，超声波经过一定流速的液体调制后反射到超声波接收换能器，换能器将接收到的超声波通过电路进行滤波，调制解调后进行ADC采样，再进行算法处理，通过频移与流速的特性分析流速。
但在实际的应用过程中，样品一旦通过信号测试，便可进行批量生产、浇封和现场安装实施，而安装实施后，发现大多数产品在测试时性能的一致性并不好，存在部分产品的流速检测精度较差，甚至是没有反应的情况，其主要原因是由于超声波接收电路的选频放大电路中的谐振电感和谐振电容等元器件存在一致性问题，导致LC谐振频率点存在偏差，当谐振频率点与输入频率偏差较大时，会导致有效信号并不能被放大，而是将噪音信号进行了放大，导致后续的信号处于无效状态，无法完成测量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法，能够解决调制解调电路的一致性问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于非满管超声波多普勒流量计，包括电源管理系统、核心处理器，与核心处理器信号输出端相连接的功率放大单元、与功率放大单元输出端相连接的超声波发送换能器；与核心处理器输入端相连接的信息采集模块、数据存储模块、数据通信模块，还包括与核心处理器输入端相连接的调制解调模块；所述调制解调模块输入端与超声波接收换能器连接，输出端与ADC采集前端信号偏置单元输入端连接，所述ADC采集前端信号偏置单元输出端与信息采集模块连接；所述调制解调模块用于信号的调制解调；所述ADC采集前端信号偏置单元用于偏置调节进入信息采集模块的信号；所述核心处理器用于处理采集的数据信息并锁定最优频点。
进一步地，所述调制解调模块包括小信号选频放大单元、直流偏置单元、混频滤波单元、带通滤波单元；所述小信号选频放大单元用于放大和过滤超声波接收换能器接收的信号；所述直流偏置单元用于将小信号选频放大单元输出的交流信号转换为直流信号；所述混频滤波单元用于过滤直流偏置单元输出信号与核心处理器输入的原始信号的混频信号的干扰波、杂波；所述带通滤波单元用于过滤混频信号。
进一步地，所述信息采集模块包括压力采集单元、温度采集单元和ADC数据采集单元；所述ADC数据采集单元输入端与ADC采集前端信号偏置单元连接，用于采集调制解调信号。
进一步地，所述核心处理器具有单片机。
进一步地，本发明还提供用于非满管超声波多普勒流量计的电路，包括功率放大电路、小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、两级带通滤波电路和ADC采集前端信号偏置电路；所述功率放大电路组成功率放大单元，所述功率放大电路包括放大器，所述放大器用于处理从核心处理器输出的频率信号，所述功率放大电路采用双运放共同放大同一信号后共同推送至超声波发送换能器；
所述小信号选频放大电路组成小信号选频放大单元，所述小信号选频放大电路包括偏置调节单元，用于调节信号；选频谐振单元，用于筛选所需信号；还包括旁路去偶单元，用于过滤信号；
所述直流偏置电路组成直流偏置单元，所述的直流偏置电路包括放大器、偏置单元和放大单元；所述放大器接收经小信号选频放大单元输出的放大的信号，偏置单元用于提供稳定电流；放大单元用于同比例放大信号；
所述混频滤波电路组成混频滤波单元，所述混频滤波电路包括电路转换单元和混频器，所述电路转换单元用于转换从核心处理器输出的信号的波形；所述混频器用于将从核心处理器输出的信号与从直流偏置单元输出的信号进行混频；
所述两级带通滤波电路组成带通滤波单元，所述两级带通滤波电路包括第一带通滤波器、第二带通滤波器，所述第一带通滤波器与第二带通滤波器用于过滤混频信号的高频和低频信号；
所述ADC采集前端信号偏置电路组成ADC采集前端信号偏置单元，所述ADC采集前端信号偏置电路包括直流偏置放大器，所述直流偏置放大器用于偏置放大从带通滤波单元输出的信号。
进一步地，本发明还提供用于非满管超声波多普勒流量计的频点锁定方法,方法步骤为：
S1：输入任意输出频率，通过核心处理器中的DMA采集1024个数据，每隔一个数据插入一个0值，组成2048个数据序列；
S2：调用DSP标准库函数arm_cfft_f32()对组成的序列进行FFT变化，得到傅里叶分解后的数组；
S3：调用DSP标准库函数arm_cmplx_mag_f32()得到频谱的输出数组；
S4：对频谱的数组进行查找不同采样点对应的幅值最大值，记录对应的频率点和幅值，放入对应的缓冲数组；
S5：调整输出频率，重复以上的采样以及同样的频谱分析方法，得到不同输出频率下的频谱特性，且每次都将最大的幅值数据依次传输到缓冲区中；
S6：将缓冲区中数组的数据进行最大值检索，检索到最大值后，获取此最大值对应的发送频率和解调频率；
S7：将最大值对应的发送频率和解调频率数据写入到flash内；
S8：再次上电，直接调用最大值对应的发送频率和解调频率设置值，进行发送频率和作为解调频率的输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法，此流量计中具有多个信号过滤电路，解决了因换能器的核心频率的误差，选频放大的谐振一致性导致误差等因素致使的设定频率与实际电路不匹配问题，通过自动的变换发送核心频率，获取电路响应最佳的频点，并根据分析得到的最优频点进行锁定，使得产品生产之后不用反复对硬件进行调试测试，通过此方法直接锁定，并且在不同的介质中，可以直接按照此方法进行最优性能的频率点锁定。
附图说明
图1表示本发明的结构模块示意图；
图2表示超声波发送换能器电路与功率放大电路电路图；
图3表示小信号选频放大电路图；
图4表示直流偏置电路图；
图5表示混频滤波电路图；
图6表示两级带通滤波电路图；
图7表示ADC采集前端信号偏置电路图；
图8表示自动锁定最优频点的方法流程示意图；
其中图中:1、核心处理器；2、功率放大单元；3、超声波发送换能器；4、超声波接收换能器；5、调制解调模块；501、小信号选频放大单元；5011、偏置调节单元；5012、选频谐振单元；5013、旁路去偶单元；502、直流偏置单元；5021、偏置单元；5022、放大单元；5023、放大器；503、混频滤波单元；5031、电路转换单元；5032、混频器；504、带通滤波单元；5041、第一带通滤波器；5042、第二带通滤波器；6、信息采集模块；601、压力采集单元；602、温度采集单元；603、ADC数据采集单元；7、数据存储模块；8、数据通信模块；9、ADC采集前端信号偏置单元；901、直流偏置放大器；10、电源管理系统。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明所公开的一种用于非满管超声波多普勒流量计，其使用过程为：将该流量计启动，电源管理模块10进行上电，数据通信模块8提供通信，信息采集模块6中的压力采集单元601、温度采集单元602开始采集数据并传输至核心处理器1中，然后将该流量计置于静水中，首次在核心处理器1中设定输出频率F0＝1.545MHz、F1＝2MHz，所述F0＝1.545MHz与F1＝2MHz输出频率值是根据核心处理器1内部的频率输出单元进行程序设定输出的，取值依赖于超声波发送换能器和超声波接收换能器的工作频率，超声波发送换能器和超声波接收换能器输出频率一致；此时F1通过功率放大单元2以及通过超声波发送换能器3转换成超声波进行发送，当超声波遇到相对或者相向的反射物时，将调制之后的超声波信号经过超声波接收换能器4接收到F2＝(2M±Fd)Hz的信号，这里Fd为调制的频偏量；经过小信号选频放大单元501，将信号的核心频率为2MHz及2MHz±10KHz信号进行放大，而将低于1.99MHz或者高于2.01MHz的干扰波与杂波滤除掉，进而得到信号S1，此时，S1是交流信号，其经过直流偏置单元502得到信号S2，S2则与此时从核心处理器1中输出的F0＝1.545MHz信号共同进入混频滤波单元503，经过混频滤波单元503后，会得到两者的频率之和与两者的频率之差，这里选取两者的频率之差得到信号S3，此时S3频率为(455K±Fd)Hz，但仍然存在混频单元引入的干扰信号与频偏误差，需要将信号S3经过两级的带通滤波单元504，此处选取核心频率为455kHz的带通滤波，得到信号S4，此时的S4为核心频率为(455K±Fd)Hz，其中FdHz仍为调制的频偏量，而当该流量计置于静水中，Fd的值为0，信号S4再经过ADC采集前端信号偏置单元9偏置后，进入ADC数据采集单元603，最终ADC数据采集单元603将数据传输至核心处理器1中，核心处理器1中单片机根据获取的数据进行自动锁定的运算，获得最优频点。
以下为采集数据的处理，获得最优频点自动锁定方法的步骤：
如图8所示，通过核心处理器1中的DMA采集1024个数据，每隔一个数据插入一个0值，组成2048个数据序列，调用DSP标准库函数arm_cfft_f32()对组成的序列进行FFT变化，得到傅里叶分解后的数组，之后调用DSP标准库函数arm_cmplx_mag_f32()得到频谱的输出数组，对频谱的数组进行查找不同采样点对应的幅值最大值，记录对应的频率点和幅值，放入对应的缓冲数组。上述所述的arm_cfft_f32()与arm_cmplx_mag_f32()是已知的标准的数学库函数。
调整输出频率，重复以上的采样以及同样的频谱分析方法，得到不同输出频率下的频谱特性，且每次都将最大的幅值数据依次放到缓冲区DATA[0],DATA[1],DATA[2]…DATA[n]中，之后将DATA数组的数据进行最大值检索，检索到最大值后，获取此最大值对应的发送频率和解调频率，并将此频率数据写入到核心处理器1中flash内，作为当前产品在静水中的最优发射频率，传输至数据存储模块7中，并进行数据的锁定。当再次启动该流量计时，直接调用此组频率设置值，进行发送频率和解调频率的输出。
以下为各单元具体电路设计：
如图2所示的超声波发送换能器电路与功率放大电路电路图，从核心处理器输出的F1频率信号经过C16耦合到放大器的输入端，本电路采用双运放共同放大同一信号，其中上端放大器通过R16和R17比例放大之后，经过R15输出，下端放大器经过R19和R20进行比例放大之后，经过R18，共同推送给超声波发送换能器3，超声波发送换能器3根据信号的幅值变化，转换成不同频率的声波发送出去，此电路中C15取值0.1uF，C16取值100nF，R15取值4.7Ω，R16取值560Ω，R17取值51Ω，R18取值4.7Ω，R19取值560Ω，R20取值51Ω，R21取值51Ω。
如图3所示的小信号选频放大电路图，超声波接收换能器4收到被调制的反射波后，输出微弱的波形信号，经过C0耦合到三极管Q1的输入端，其中R1和R3作为偏置调节单元5011，调节信号；使得三极管Q1处于放大区，此处Q1优选带宽较高的S9018，C0取值10pF，R1和R3取值10KΩ；L1,C1,R2共同组成选频谐振单元5012，谐振频率数值根据LC谐振的计算公式进行谐振频率计算，LC谐振的计算公式是公开的已知的，本发明L1取值68uH,C1取值110pF，R2取值10KΩ,当谐振频率和C0端信号的频率一致时，此时谐振单元5012电路具有最大阻抗，小信号选频放大电路图的整体电路呈现最大放大倍数，则此时输出信号S1信号幅值最大，C2和R4组成的旁路去偶单元5013进行信号的旁路滤波，R4取值1KΩ，C2取值100nF，R5取值330Ω。
如图4所示的直流偏置电路图，自小信号选频放大单元501输出的放大信号S1经过R8进入到放大器5023的正向输入端，其中R6和R7作为偏置单元5021提供稳定电流，其中R6取值为10KΩ，R7取值为10KΩ，R8取值10KΩ；信号S1经过C3后，经过R9和R10组成的放大单元5022比例放大后，经过R11，C4耦合输出得到S2信号。其中，R10和R9的比值决定放大倍数，本发明选取信号放大倍数约8倍，R9取值330Ω，R10取值2.2KΩ，R11取值1KΩ，C3取值100pF，C4取值100nF。
如图5所示的混频滤波电路图，自直流偏置单元502输出的S2信号输入到混频器5032的信号输入端，自核心处理器输出的F0频率信号经过由R12,C5,L2组成电路转换单元5031，根据F0的频率范围，R12取值2KΩ，L2取值220uH,C5取值100pF,可将F0的方波转换转正弦波，且经过C6耦合到混频器5032的输入端，作为解调频率信号，其中C6取值10nF，利用混频器5032的混频特性，将S2信号与F0信号进行混频，得到频差信号经过C10耦合输出得到信号S3，其中C10取值0.1uF；此电路中C7取值0.1uF，C8取值10uF，C9取值0.1uF。
如图6所示的两级带通滤波电路图，自混频滤波单元503输出的S3信号经过第一带通滤波器5041、第二带通滤波器5042过滤掉信号的高频和低频信号，经滤波后得到信号S4，此电路中C11取值0.1uF，R14取值0Ω、C12取值0.1uF。
如图7所示的ADC采集前端信号偏置电路图，为ADC数据采集单元603提供准确的信号数据，自带通滤波单元504输出的S4信号经过C17耦合到ADC数据采集单元603输入端，C17取值为0.1uF，在ADC数据采集单元603输入端前端设置有ADC采集前端信号偏置电路图，ADC采集前端信号偏置电路中具有直流偏置放大器901，偏置电压是由R23和R24比例分压组成，由R22输出到ADC数据采集单元603输入端，能够给S4信号提供偏置，其中R22取值1KΩ，R23取值10KΩ，R24取值10KΩ；电路中的C435取值0.1uF。
本发明所公开的用于非满管超声波多普勒流量计及其电路和频点锁定方法，能够使适用于非满管超声波多普勒流量计具有最优频点自动锁定功能，还可以根据适用于非满管超声波多普勒流量计中各单元电路的不同特性，自动锁定信号增益最大的最优频点，解决调制解调电路的一致性问题以及部分无效的问题，提高产品稳定性，在产品生产和工程应用调试测试上大大降低了实施复杂度，减少周期，降低了成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.用于非满管超声波多普勒流量计，包括电源管理系统(10)、核心处理器(1)，与核心处理器(1)信号输出端相连接的功率放大单元(2)、与功率放大单元(2)输出端相连接的超声波发送换能器(3)；与核心处理器(1)输入端相连接的信息采集模块(6)、数据存储模块(7)、数据通信模块(8)，其特征在于：还包括与核心处理器(1)输入端相连接的调制解调模块(5)；所述调制解调模块(5)输入端与超声波接收换能器(4)连接，输出端与ADC采集前端信号偏置单元(9)输入端连接，所述ADC采集前端信号偏置单元(9)输出端与信息采集模块(6)连接；所述调制解调模块(5)用于信号的调制解调；所述ADC采集前端信号偏置单元(9)用于偏置调节进入信息采集模块(6)的信号；所述核心处理器(1)用于处理采集的数据信息并锁定最优频点。
2.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述调制解调模块(5)包括小信号选频放大单元(501)、直流偏置单元(502)、混频滤波单元(503)、带通滤波单元(504)；所述小信号选频放大单元(501)用于放大和过滤超声波接收换能器(4)接收的信号；所述直流偏置单元(502)用于将小信号选频放大单元(501)输出的交流信号转换为直流信号；所述混频滤波单元(503)用于过滤直流偏置单元(502)输出信号与核心处理器(1)输入的原始信号的混频信号的干扰波、杂波；所述带通滤波单元(504)用于过滤混频信号。
3.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述信息采集模块(6)包括压力采集单元(601)、温度采集单元(602)和ADC数据采集单元(603)；所述ADC数据采集单元(603)输入端与ADC采集前端信号偏置单元(9)连接，用于采集调制解调信号。
4.根据权利要求1所述的用于非满管超声波多普勒流量计，其特征在于：所述核心处理器(1)具有单片机。
5.用于非满管超声波多普勒流量计的电路，其特征在于：包括功率放大电路、小信号选频放大电路、直流偏置电路、混频滤波电路、两级带通滤波电路和ADC采集前端信号偏置电路；所述功率放大电路组成功率放大单元(2)，所述功率放大电路包括放大器，所述放大器用于处理从核心处理器(1)输出的频率信号，所述功率放大电路采用双运放共同放大同一信号后共同推送至超声波发送换能器(3)；
所述小信号选频放大电路组成小信号选频放大单元(501)，所述小信号选频放大电路包括偏置调节单元(5011)，用于调节信号；选频谐振单元(5012)，用于筛选所需信号；
还包括旁路去偶单元(5013)，用于过滤信号；
所述直流偏置电路组成直流偏置单元(502)，所述的直流偏置电路包括放大器(5023)、偏置单元(5021)和放大单元(5022)；所述放大器(5023)接收经小信号选频放大单元(501)输出的放大的信号，偏置单元(5021)用于提供稳定电流；放大单元(5022)用于同比例放大信号；
所述混频滤波电路组成混频滤波单元(503)，所述混频滤波电路包括电路转换单元(5031)和混频器(5032)，所述电路转换单元(5031)用于转换从核心处理器(1)输出的信号的波形；所述混频器(5032)用于将从核心处理器(1)输出的信号与从直流偏置单元(502)输出的信号进行混频；
所述两级带通滤波电路组成带通滤波单元(504)，所述两级带通滤波电路包括第一带通滤波器(5041)、第二带通滤波器(5042)，所述第一带通滤波器(5041)与第二带通滤波器(5042)用于过滤混频信号的高频和低频信号；
所述ADC采集前端信号偏置电路组成ADC采集前端信号偏置单元(9)，所述ADC采集前端信号偏置电路包括直流偏置放大器(901)，所述直流偏置放大器(901)用于偏置放大从带通滤波单元(504)输出的信号。
6.用于非满管超声波多普勒流量计的频点锁定方法,其特征在于：方法步骤为：
S1：输入任意输出频率，通过核心处理器(1)中的DMA采集1024个数据，每隔一个数据插入一个0值，组成2048个数据序列；
S2：调用DSP标准库函数arm_cfft_f32()对组成的序列进行FFT变化，得到傅里叶分解后的数组；
S3：调用DSP标准库函数arm_cmplx_mag_f32()得到频谱的输出数组；
S4：对频谱的数组进行查找不同采样点对应的幅值最大值，记录对应的频率点和幅值，放入对应的缓冲数组；
S5：调整输出频率，重复以上的采样以及同样的频谱分析方法，得到不同输出频率下的频谱特性，且每次都将最大的幅值数据依次传输到缓冲区中；
S6：将缓冲区中数组的数据进行最大值检索，检索到最大值后，获取此最大值对应的发送频率和解调频率；
S7：将最大值对应的发送频率和解调频率数据写入到flash内；
S8：再次上电，直接调用最大值对应的发送频率和解调频率设置值，进行发送频率和作为解调频率的输出。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1608198A (zh) * | 2001-10-26 | 2005-04-20 | 东京电力株式会社 | 多普勒型超声流量计 |
| CN1813170A (zh) * | 2003-05-06 | 2006-08-02 | 学校法人庆应义塾 | 超声波流速分布计及流量计、超声波流速分布及流量测定方法以及超声波流速分布及流量测定处理程序 |
| CN204255419U (zh) * | 2014-10-31 | 2015-04-08 | 南阳市天达同兴石油技术有限公司 | 双频超声波流量测试仪 |
| CN105545285A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-05-04 | 中国石油大学(华东) | 基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法 |
| CN109029602A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 泰华智慧产业集团股份有限公司 | 基于超声波的流量测量方法及流量计 |
| CN110658357A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-07 | 榆林学院 | 一种超声波多勒普管道流速测量装置 |
| CN215261916U (zh) * | 2021-07-09 | 2021-12-21 | 大连中正联科通信有限公司 | 一种适用于非满管的超声波多普勒流量计及电路设计 |
-
2021
- 2021-07-09 CN CN202110776820.XA patent/CN113375739A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1608198A (zh) * | 2001-10-26 | 2005-04-20 | 东京电力株式会社 | 多普勒型超声流量计 |
| CN1813170A (zh) * | 2003-05-06 | 2006-08-02 | 学校法人庆应义塾 | 超声波流速分布计及流量计、超声波流速分布及流量测定方法以及超声波流速分布及流量测定处理程序 |
| CN204255419U (zh) * | 2014-10-31 | 2015-04-08 | 南阳市天达同兴石油技术有限公司 | 双频超声波流量测试仪 |
| CN105545285A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-05-04 | 中国石油大学(华东) | 基于隔水管气液两相流识别的深水钻井气侵监测方法 |
| CN109029602A (zh) * | 2018-08-28 | 2018-12-18 | 泰华智慧产业集团股份有限公司 | 基于超声波的流量测量方法及流量计 |
| CN110658357A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-01-07 | 榆林学院 | 一种超声波多勒普管道流速测量装置 |
| CN215261916U (zh) * | 2021-07-09 | 2021-12-21 | 大连中正联科通信有限公司 | 一种适用于非满管的超声波多普勒流量计及电路设计 |
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