参考文献4-相关法在超声波流量计设计中的应用
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究
基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究随着工业化和城市化的发展，流量计作为一种重要的测量工具，被广泛应用于电力、石油、冶金等领域中的流量测量系统中。
而基于超声波检测技术的流量计，具有无机械损耗、高精度、不易受流体性质和控制对象变化的影响等优势，成为当前不可或缺的一种流量计。
本文将基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究进行探讨。
一、超声波测量原理简介超声波的特性是频率高于人类听力范围的声波。
超声波测量技术是指利用超声波在介质中传播时的速度、衰减以及反射等物理特性，来测量和分析研究物质、介质等参数。
基于超声波检测技术的流量计，主要是利用超声波在介质中传播时的速度和路径长度，根据声速和路径长度的关系，计算出流量。
超声波测量技术利用的物理原理主要有三种：时间差法、多普勒频移法和声阻抗法。
其中时间差法是指利用超声波在空气和介质的界面上反射的时间差来计算物体距离或流量，应用最为广泛。
二、基于超声波检测技术的流量计设计基于超声波检测技术的流量计，通常由传感器、变送器、显示器等组成。
其设计的基本原理是利用超声波传感器在流体中传播时的速度和路径长度，计算出流体流速来，从而实现流量测量。
1. 传感器的设计超声波传感器是流量计最关键的部分，其性能指标的好坏直接影响到流量计的精度和可靠性。
超声波传感器主要有接触式和非接触式两种类型。
接触式传感器对介质有侵入性，需要进行维护和清洁，而非接触式传感器则对介质无侵入性，可长时间稳定工作。
传感器的工作原理是利用超声波在空气和介质的界面上反射，通过测量匹配关系得到流体流速。
传统的传感器主要采用两个超声波晶体，一个作为发射器，一个作为接收器，在介质中传播，利用超声波在介质中的传播速度和路径长度计算出流速。
而现代的传感器运用更为先进的数字信号处理技术，提高了测量精度和信噪比。
2. 变送器的设计变送器是流量计传感器信号处理的重要组成部分，也是保证流量计稳定工作的重要保障。
变送器的主要功能是将传感器采集到的流量信号转换成标准的电信号输出，从而实现远程控制和显示。
超声波流量计在实际中的运用
超声波流量计在实际中的运用发布时间：2021-05-20T12:45:20.317Z 来源：《城镇建设》2021年第4卷第4期作者：米玛1尼玛曲宗2芦怡 3 [导读] 随着数字化、电子以及声锲材料等领域的发展，使得超声波脉冲进一步被应用于流体流量的测量中。
米玛1尼玛曲宗2芦怡 3西藏自治区计量测试所,拉萨 850000摘要：随着数字化、电子以及声锲材料等领域的发展，使得超声波脉冲进一步被应用于流体流量的测量中。
当前在许多场合也已经相继出现了依据不同原理研制的形式各异的超声波流量，其已被应用到水电水利以及工农业等领域，有日趋成为流量计量的首选测量工具之势。
基于此，本文对超声波流量计进行了阐述，阐述超声波流量计的优点及测量原理，分析超声波流量计在使用中出现各种故障的原因及相应的解决办法。
关键词：流量计量；超声波流量计；信号中断一、时差式超声波流量计的测量原理时差式超声波流量计是利用超声波脉冲顺介质流和逆介质流的传播时间差，即超声波传输方向与介质流体方向相互叠加时，通过测量声波正向传输与反向传输的时间差来测量流量，可表达为: V= ( (c2·tgθ) /2D) ·Δt 式中:V——流体流动速度;c——声速;θ——流体中声线与管道轴心线的夹角;D——管道直径;Δt——时间差。
超声波流量计是利用声波来进行测量的流量仪表，与光的折射原理一样，声波从一种介质到另一种介质传播过程中，一样有能量的损失与传播方向的折射现象。
二、超声波流量计的现场安装我们在安装超声波流量计的时候，要对流量计进行全面的检查，保证超声波流量计符合国家规定的标准，对流量计各个信号电源链接进行检查，对温度传感器进行分析，检查压力探头和法兰连接是否合格。
还要保证连接线路按照安装图进行准确链接，对流量计中最大流量进行全面限制，在正式投入到使用的时候，要对之前流量计进行检测，如果没有检测条件，就要保证气体温度稳定之后在进行测试，保证流量计的质量。
超声波流量计中相关时差法的应用
超声波流量计中相关时差法的应用陆敏恂;朱列铭;周爱国【摘要】介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法.系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度.极性相关算法的引入,大大提高了系统运算速度,提高了实时性.采用伪随机信号作为超声激励信号,克服了算法测量范围小的缺陷,更可提高系统精度.实验表明该系统测量精度高,实时性好.%This paper introduced a time-different ultrasonic flow measurement algorithm based on cross correlation theory. The system arranged ultrasonic transducers like the arrangement of the time difference method flowmeters, and collected stationary fluid condition and flowing fluid condition of echo signals in two groups. By calculating the correlation function peak of the two echo signals ,it obtained the time difference,indirectly gained the flow of wind, which can improve the accuracy of the transit time difference accuracy. The application of polarity correlation algorithm can greatly improve the system operation speed and improve performance of real-time property. By using pseudo-random signal as the ultrasonic excitation signal, the algorithm overcomes the shortcomings of small measurement range, and improve the system accuracy. Experiments show that the system is of high precision, and good realtime property.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】3页(P105-107)【关键词】超声波;流量计;相关时差法;伪随机信号;极性相关算法;MATLAB【作者】陆敏恂;朱列铭;周爱国【作者单位】同济大学机械工程学院,上海201804;同济大学机械工程学院,上海201804;同济大学机械工程学院,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TP2161 相关时差算法原理1.1 相关时差法测量模型相关时差法声路布置位置有多种，如X型，V型等。
基于相关法的高精度超声波流量计的设计.
Automation &Instrumentation 2011(5基于相关法的高精度超声波流量计的设计杨舟1,韩宇杰1,王红1,杨士元1,范顺杰2(1.清华大学自动化系,北京100084;2.西门子(中国研究院,北京100080摘要:基于相关法的超声波流量检测方法,能有效利用超声波脉冲的整体信息进行时差测量,具有精度高,抗干扰能力强等优点。
同时相关法对测量过程中计算量需求大,对超声波脉冲的可配置性要求高,所需的硬件平台设计具有一定难度。
作者设计并实现了一款基于相关法的超声波流量检测系统,利用高精度浮点DSP 为数字核心,配合相应的模拟电路,实现高速计算、可配置、高频采样率的超声波流量检测过程,对小口径小流量的管道液体检测达到了纳秒级的精度。
关键词:超声波流量计;相关法;可配置脉冲;模拟电路中图分类号:T H814文献标志码:BDesign of Ultrasonic Flowmeter with High Precision Based on Correlation Algo-rithmYANG Zhou 1,HAN Yu-jie 1,WANG Hong 1,YANG Shi-yuan 1,FAN Shun-jie 2(1.Department of Automation ,Tsinghua University ,Beijing100084,China ;2.Siemens China ,Beijing 100080,ChinaAbstract :Ultrasonic flowmeter based on correlation algorithm make full use of information of the ultrasonic signal ,which has the advantages of high precision and strong faculty of anti-noise and so on .To inplement the correlation algorithm ,much amount of calculation in the system and configurable ultrasonic signal are needed ,which adds diffi-culty for design.The author designed an ultrasonic flowmeter with high precision based on correlation algorithm with the cooperation of Siemens c orporate t echnology ,which uses a DSP as the digital core to inplement the correlation algorithm at high speed.With neccessary analog curcuit for configurable signal and sampling ,the system reaches pre-cision of nanosecond for pipline with small caliber and low flow rate.Key words :ultrasonic flowmeter ;correlation algorithm ;configurable signal ;analog curcuit收稿日期:2010-12-24;修订日期:2011-02-22基金项目:国家自然科学基金项目(60773142作者简介:杨舟(1985-,男,硕士研究生,研究方向为数模混合电路的设计、检测技术;王红(1971-,女,副教授,研究方向为电子技术、检测技术、系统故障诊断理论和技术。
超声波流量计中相关时差法的应用
基于相关法超声波流量计的研究的开题报告
基于相关法超声波流量计的研究的开题报告一、选题背景及意义在现代工业生产中，流量计是一种重要的测量仪器。
而超声波流量计作为一种新型的流量计，具有非常广泛的应用前景。
它通过利用超声波的特性可以测量流体在管道中的平均流速，从而获得流量值。
同时，超声波流量计具有响应速度快、测量精度高、没有阻力损失等诸多优点。
因此，本文选取基于相关法的超声波流量计作为研究对象，旨在研究该种流量计的工作原理、测量精度、应用范围等方面，为超声波流量计的应用提供参考。
二、研究内容1. 相关法的理论分析及数学模型推导相关法是一种基于信号处理技术的流量计测量方法。
本文将对相关法的原理进行深入研究，推导出相关法的数学模型。
2. 超声波流量计的工作原理和结构设计超声波流量计是一种基于超声波传播特性的流量计。
通过对超声波在流体中的传播特性进行分析，本文将深入研究超声波流量计的工作原理，以及其结构设计方案。
3. 超声波流量计性能测试与数据分析对于一个流量计而言，其测量精度和稳定性是非常重要的指标。
本文将通过实验测试，验证超声波流量计的测量精度并进行分析。
4. 超声波流量计的应用价值分析本文将对超声波流量计的应用范围进行分析，以及该种流量计在现代工业生产中的具体应用场景进行研究，并探讨其将来发展趋势。
三、研究方法本文将通过文献调研、数学模型推导、实验测试等方式进行研究，以确保研究结果具有科学性和可靠性。
四、预期成果本文研究的预期成果有：相关法理论分析、超声波流量计的工作原理和结构设计、超声波流量计性能测试与数据分析及超声波流量计的应用价值分析等方面得到深入研究。
同时，本文将为超声波流量计在现代工业生产中的应用提供一定的指导建议，为该领域的进一步发展提供参考。
超声波流量计的应用研究
超声波流量计的应用研究摘要：本文在简单介绍超声波流量计相关情况的基础上，对其工作原理进行了深入细致的分析，并对超声波流量计的实际应用以及应用过程中需要注意的问题进行了讨论，文章认为，超声波流量计具有很多独特的优势，但也存在着很多注意事项，只有明确这一概念，并采取针对性措施进行维护和保养，才能充分发挥其应有的积极作用。
关键词：超声波；流量计；应用；研究1 超声波流量计的原理超声波流量计的测量原理主要分为两种类型，一种是利用超声波在穿过介质的过程中，介质的微粒会将对超声波产生一定的反射作用，从而产生多普勒效应。
这种利用超声波通过介质后产生的多普勒效应检测流量的流量计被称为多普勒流量计或超声波流量计。
测量的另一种方法是利用超声波在穿过介质后，介质对超声波传播速度所产生的影响来测量流量，此类流量计被称为声波时差流量计。
在多普勒流量计工作的过程中，超声波发生装置产生的超声波被发射到管道当中，管道中的介质可以反射超声波，通过收集这些粒子的多普勒频率就可以测出管道内介质的流量。
声波时差流量计是通过分别计量出超声波在顺流方向、逆流方向的传播时间差来测量出相应的管道内流体的流量。
超声波流量计作用的发挥靠的是流量计硬件和软件共同完成，其中超声波流量计在操作的过程中涉及的主要硬件有：超声波流量计的工作电路、流量计的壳体、传输线路、计算机和超声波发生和传感器等。
2 超声波流量计的应用2.1 液体测量不同类型的超声波流量计的基本工作原理虽然大体相同，但是如果从结构参数等方面对其进行细分，还是可以将超声波流量细分为多种类型。
在超声波流量计的工作过程中，如何选择信号传感器的位置，采用何种安装方式，都会对超声波流量计的测量精度造成巨大的影响。
首先，为了能够保证超声波测量管道内的流体是平行流动的，工作人员必须要设置一定长度的直管段。
就现阶段操作的实际情况来看，超声波流量计的前方一般都需要设置至少长于十倍管径的直管段；在超声波流量计的后方，一般会设有至少长于五倍管径的直管段。
时差法超声波流量计的原理和设计
时差法超声波流量计的原理和设计1 引言超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。
和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。
近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。
经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。
作为普及，我们将陆续撰写一些专题文章，来介绍一些相关知识，以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。
本文主要介绍目前最为常用的测量方法：时差法超声波流量计的原理和设计。
2时差法超声波流量计的原理时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。
他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
图1 时差法超声波流量测量原理示意图图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td 之间的差为：式中X 是两个换能器在管线方向上的间距。
为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：上式可简化为：也就是流体的流速为：由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。
流量Q 可以表示为：24D Q Vdt π=⎰3 时差法超声波流量计的设计图2是我们设计的超声波流量计的原理框图。
图中主要有两个超声波发射单元、一个时间测量单元和一个控制器。
基于相关法的高精度超声波流量计的设计
达 到 了纳秒 级 的 精度
关 键 词 ： 声 波流 量 计 ： 关 法 ： 配 置脉 冲 ； 拟 电路 超 相 可 模
中 图分 类 号 ： Ｈ８ ４ Ｔ １
文 ｌｒ ｓ ｎｉ ｏ ｓｇ ｏ ｔ ａ ｏ ｃ Ｆｌ ｗｍ ｅ ｅ ｔ ｇ Ｐｒ ｃｓｏ ｓ ｄ ｏ Ｃｏ ｒ ｌ ｔｏ ｇ － ｔ ｒ ｗｉｈ Ｈｉ ｈ ｅ ｉｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ ｒ ｅ ａ ｉ ｎ Ａｌ ｏ
ｔ ｅ ｏ ｐｅ ａｉｎ ｆ Ｓｉｍｅ ｓ ｏｐｏ ａｅ ｅ ｈ ｌｇ ｈ ｃ ｏ ｒｔｏ ｏ ｅ ｎ ｃ ｒ ｒｔ ｔｃ ｎｏｏ ｙ， ｗｈ ｃ ｕ ｅ ａ ｉ ｈ ｓ ｓ ＤＳ Ｐ ａ ｔ ｅ ｉ ｉ ｌ ｏ ｅ ｏ ｎ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｃ ｒｅ ａｉｎ ｓ ｈ ｄ ｇｔ ｃ ｒ ｔ ｉ ｐ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏ ｌｔｏ ａ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｈｇ ｓ ｅ ｌｏ ｉｈ ｔ ｉｈ ｐｅ ｄ．Ｗ ｉｈ ｎｅ ｃ ｓ ａ ｙ ｎ ｌｇ ｃ ｅ ｔ ｏｒ ｃ ｎ ｇ ｒ ｂ ｅ ｉｎａ ｄ ｓ ｍｐ ｉｇ， ｔ ｓ ｓｅ ｒ ａ ｈｅ ｒ — ｔ ｅ ｅ ｓ ｒ ａ ａｏ ｕｒｕｉ ｆ ｏ ｆ ｕ ａ ｌ ｓｇ ｌａｎ ａ ｌｎ ｉ ｈｅ ｙ ｔ ｍ ｅ ｃ ｓ ｐ ｅ ｃｓｏ ｆ ｎａ ｓ ｃ ｎ ｆｒ ｐｉｌｎｅ ｉｉｎ ｏ ｎｏ ｅ ｏ ｄ ｏ ｐ ｉ ｗｉｈ ｍａｌ ａ ｉｅ ｎ ｌｗ ｆｏ ｒ ｔ． ｔ ｓ ｌ ｃ ｌｂ ｒ ａ ｄ ｏ ｌ ｗ ａｅ Ｋ ｅ ｏ ｄ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｏ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｌｒ ｓ ｎｃ ｆ ｗｍｅｅ ； ｏ ｒ ｌｔｏ ａｇ ｒｔ ｍ ； ｏ ｉ ｕｒｂｌ ｉｎ ｌ ａ ａｏ ｒｕｉ ｌ ｔｒ ｃ ｒｅａｉ ｎ ｌｏ ｉｈ ｃ ｎｆ ｇ ａ ｅ ｓｇ ａ ； ｎ ｌｇ ｃｕｃ ｔ
超声波流量计原理、类型及应用
超声波流量计原理、类型及应用预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制超声波流量计原理、类型及应用超声波流量计一、超声波流量计的基本原理及类型超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。
因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。
根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。
起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。
它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。
使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。
众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。
因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。
被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。
在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。
超声被流量汁也可用于气体测量。
管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。
另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。
超声波流量计(信号处理)毕业论文[管理资料]
![超声波流量计(信号处理)毕业论文[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/11845caebe1e650e53ea9971.png)
超声波流量计（信号处理）摘要：超声多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和混有固体颗粒的两相流的流量测量,其优点是:分辨率高,对流速变化响应快;对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感。
但就当前测量水平来说,其精度及其它性能都有待于进一步提高,因此,超声多普勒流量计的研究无论是对于自动化测量技术的提高还是对于环保事业来说,都将是一项极有意义的研究课题。
本课题设计的超声多普勒流量计引入先进的数字信号处理技术,在频域上对多普勒信号进行有效的处理,主要处理技术是以快速傅里叶(FFT)变换为基础的周期图法和峰值逼近算法。
具体方法是首先对多普勒频移信号进行采样,再进行FFT变换,进而得到该信号的功率谱,在功率谱上应用峰值频率的逼近算法,加上适当的数字滤波技术,从而得到频移信号所对应的频率,在此基础上,根据多普勒效应原理,求取管道中流体流速及其它数据量。
以MATLAB 为分析工具对超声波多普勒流量计信号处理方法进研究,并对可行的数据处理组合方式效果进行分析,为该类流量计的软件设计提了新供的思路。
关键词：多普勒；流量计；FFT；峰值逼近；MATLABThe signal processing of ultrasonic flowmeterAbstract:Ultrasonic Doppler flowmeters are mainly applied to measure flux of sewage or other liquid with solid grain. They are of high resolving power ,and can respond quickly with the variety of ,they are insensitive to the pressure and temperature of now,technique in this field will be improved,so the task is significative not only to automatic measurement but to environment protection. Hardware and software of Ultrasonic Doppler flowmeters are designed in this signal processing is introduced to analyzed Doppler signal,for example ,FFT is used to convert Doppler signal from time domain to frequency domain,and then the algorithm of approaching peak value is put into this,filter software is in Doppler frequency shift is to Doppler effect,velocity and flux can be calculated. This paper investigates Ultrasonic Doppler flowmeter’s signal processing methods through the software of Matlaband analyzses the effects of possible combination of data-processing methods. Above all,the new ideas are provided for flowmeter’s software design.Key words: Doppler Flowmeter；FFT；Approaching peak value；MATLAB目录1 绪论 0超声波流量计简介 0多普勒超声波流量计的发展 (1)课题研究的意义 (1)2 多普勒超声波流量计测量原理 (3)多普勒效应 (3)多普勒超声波流量计的工作原理以及模型 (5)工作原理 (5)多普勒超声波流量计的测量模型 (6)超声波流量计的系统硬件实现 (6)系统硬件总体方案 (6)超声波流量计信号处理部分的电路介绍 (9)3 超声波流量计的信号处理 (13)超声波信号处理模块 (13)信号处理模块涉及到的理论知识 (13)快速傅里叶变换（FFT）原理 (13)低通滤波器 (17)采样频率的选取 (18)4 仿真实现 (20)仿真MATLAB软件的介绍 (20)基于MATLAB中对信号进行处理的流程 (22)对信号进行滤波 (23)基于MATLAB对信号进行FFT (25)找出相应的频偏值并计算出流体流速 (26)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)1 绪论超声波流量计简介频率高出人耳可以听到的频率极限（大小超过20KHZ的频段）的弹性振动，这种振动通过波动的方式在介质中的传播过程就形成了超声波。
超声波流量计的原理及应用
超声波流量计的原理及应用【摘要】超声波流量计是一种利用超声波测量流体流速的设备，具有精度高、稳定性好等优点。
本文首先介绍了超声波流量计的工作原理，包括利用超声波在流体中传播速度受流速影响的特性进行测量。
然后讨论了超声波流量计在水利、石油、化工等领域的应用，包括流量监测、流速测量等方面的具体应用案例。
最后总结了超声波流量计的优点和局限性，指出其在工业生产中的重要性和发展前景。
通过本文的介绍，读者能够更全面地了解超声波流量计在工程技术中的重要作用以及未来的应用趋势。
【关键词】超声波流量计，原理，应用，引言，结论1. 引言1.1 超声波流量计的原理及应用超声波流量计是一种利用超声波技术进行流量测量的仪器。
它通过测量在流体中传播的超声波的速度来计算流体的流量。
超声波流量计的原理是利用超声波在流体中的传播速度随流速变化的规律，通过测量超声波的传播时间来确定流体的流速，进而计算出流量。
超声波流量计通常由传感器、计算器和显示器等部件组成，其中传感器负责发射和接收超声波信号，计算器负责处理信号并计算流量值，显示器则将结果显示出来。
超声波流量计具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，广泛应用于水力、石油、化工、食品等行业的流量测量领域。
在水力工程中，超声波流量计可以用于监测水流的流量，帮助管理水资源；在石油行业，超声波流量计可以用于监测油气管道中的流量，确保生产运行正常；在化工工业中，超声波流量计可以用于监测化工原料的流动情况，保证生产过程的稳定性。
超声波流量计以其准确、可靠的测量结果，为各行业的流量监测提供了有力的支持。
2. 正文2.1 超声波流量计的原理超声波流量计是一种利用超声波技术来测量流体流速的设备。
其原理基于多普勒效应和声速的关系，通过发送和接收超声波来分析流体的速度和流量。
具体来说，超声波流量计包括发射器和接收器两部分，发射器发送超声波到流体中，接收器接收流体中反射回来的超声波。
根据反射回来的超声波频率的变化，可以计算出流体的速度和流量。
基于相关法的超声波流量测量的发射设计
基于相关法的超声波流量测量的发射设计作者：许会汪洋等来源：《现代电子技术》2013年第07期摘要：相关法超声波流量检测方法，能有效利用超声波脉冲的整体信息进行时差测量。
但针对传统相关法的超声波流量测量过程中，等振幅周期信号具有重复性，波形在利用相关法计算的结果不能准确地反映出信号的时间差的这一缺点。
采用改进的相关法，使用FPGA（现场可编程门阵列）发出一种特殊调制的驱动脉冲，使超声波探头在需要的一定周期内发射出幅度调制的波形，克服等振幅周期信号在做相关后时间差判断不准的情况，并且硬件平台相对简单即可达到理想效果。
通过实验可以证明，控制激励探头的脉冲信号的占空比，可以改变发射波形的幅值特性，得到适合相关运算的波形，达到预期的测量效果。
关键词：超声波流量测量；相关法；驱动脉冲；波形衰减中图分类号： TN710⁃34； TP216 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）07⁃0108⁃030 引言油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油无法开采。
为了弥补原油被采出后所造成的地下亏空，实现油田高产稳产，必须对油田进行注水，以补充和保持油层压力[1]。
这个过程必须实时监控注水量，以防注水过多而井喷。
由于注水管深至地下数百米甚至上千米，超声波流量计的高精度，测量速度快等很多优点适合这一测量领域。
现在广泛应用的管外超声测量不切实际，故本论文的设计都是基于管内超声测量。
1 相关法测流量理论依据超声波流量计根据测量原理的不同，可分为基于传播速度差法（时差法、相位差法、频差法）、波束偏移法、多普勒法等类型[2]。
传播速度差法是利用超声波信号顺流和逆流传播速度差来反映流体流速的方法。
其中最典型的为时差法，在进行测量时使用一对超声波换能器，顺逆流交互进行收发、发收的操作，通过超声波信号相邻两次方向相反的传播的时间差获取流体流速。
基于超声波传感器的水流量计的设计学士学位论文
摘要目前，我国家庭用水的计量多采用机械旋翼式水表，这种水表存在精度低等缺点。
本文设计了一种基于超声波技术的适合家用的水流量计，具有精度高、操作简单、低成本等优点。
本设计的主要工作有两个方面：一是硬件设计，二是软件设计。
硬件设计系统选用了高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2用于时间测量，以及控制发射脉冲，以超低功耗的MSP430F427单片机作为系统的核心，用于控制及计算处理。
结合超声流量计阀值比较模型和超声波信号过零点不受其电压幅度变化影响的优点，提出了过零阀值比较模型，阀值比较模型可以有效去除接收换能器接收到超声波信号之前的干扰信号，而超声波过零点不随其电压幅度变化而变化，结合两者的优点可以有效抑制静态时间差变化很大的范围。
同时设计了脉冲计数电路，消除了部分干扰。
采用GP2通过芯片，与传统的高速计数器相比，具有极高的精度，并可以在1MHz的频率下完成电路，避免了高频电路的干扰等复杂问题，有效提高流量计测量精度和稳定性。
在设计软件时，为提高时间测量精度，消除干扰，设置了有效时间区间，无效时间，减少了干扰的影响。
为降低功耗，间断性关断放大器电源，节省了电池电量，延长了更换电池的周期。
关键词：时差式超声波流量计；低功耗；精度；MSPAbstractAt present, most household water flow meters in our country is Mechanical rotor-type, but this type of water meters low accuracy existing shortcomings. This paper introduces a design of ultrasonic technology based on suitable for household water flow meter, with high precision, simple operation, low cost, etc. This design main job has two aspects: one is the hardware design, and the second is the design of software. Hardware design systems use the high precision time-interval measurement chip TDC for measuring time-GP2, and control the firing pulse, with low power consumption of MSP430F427 single chip microcomputer as the core of the system to control and calculation processing. Combining ultrasound flow meter threshold is model and the ultrasonic signal zero from its voltage amplitude change the advantages of influence, and puts forward the zero threshold is model, threshold model can effectively remove is receiving receivers ultrasonic signal to the disturbance signal before, and with the ultrasonic zero voltage amplitude variation and change, combined with the advantages of both static time difference can effectively restrain the scope of the big changes. At the same time the pulse counts circuit design, eliminate some of the interference. GP2 use internal propagation delays of signals through gates to measure propagation time of system. The GP2 through the chip, and traditional high-speed counter, it is characterized by high precision, and can be in 1 MHz frequency complete circuit, to avoid the interference of high frequency circuit complex problems, effectively improve the flow meter measurement accuracy and stability. In the design software, to improve the time the measurement precision, eliminate interference, set up effective time interval, invalid time and reducing the effects of theinterference. To reduce power consumption, intermittent shut off the power amplifier, save the battery power, extended the replacement battery cycle.Keywords: ultrasonic flow-meter with time difference method; low power; measurement precision; MSP430毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
介绍超声波流量计技术应用
介绍超声波流量计技术应用【摘要】超声流量计是通过检测流体流动对超声束或超声脉冲的作用以测量流量的仪表。
【关键词】超声流量计；原理；结构及特点；选用注意事项；换能器0.概述根据对信号检测原理可分为两种常用时间差法超声流量计和多普勒超声流量计。
在大管径流量测量中，其他流量计随着管径增大，制造成本会大幅度提高，而超声流量计的造价基本上与管径大小无关。
另外对于流量计校验的难题，它可用绝对测量法，无需实流校验确定流量计的仪表常数。
超声流量计与电磁流量计同为非接触式仪表，有检测件中无阻碍物、压损小等特点，但它应用的领域比电磁流量计要广泛得多，它可测非导电性流体，如油品、气体等。
1.工作原理1.1传播速度差法传播速度差法有时间差法、频率差法和相位差法，三种方法没有本质上的差别。
目前时间差法是应用较多的方法。
声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同意传播具体就有不同的传播时间，利用传播时间之差与被测流体流速之关系求取流速称之为传播时间差法 1.2多普勒法多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。
超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。
入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。
由于这个频率差正比于流体流速，所以通过测量频率差就可以求得流速，进而可以得到流体流量。
2.超声流量计结构和特点超声流量计主要特点：（1）检测件内无阻碍物，无可动易损零部件，不干扰流场，不会堵塞，适用于测量脏污流、混相流等困难的被测量介质。
（2）无附加压损，用于大口径能源计量，节约泵能耗。
（3）与同样为非接触式测量仪表的电磁流量计相比，从被测介质、工作状态和管径等方面看应用范围要广泛的多。
（4）夹装式换能器仪表在工艺管道外部安装，可仍以选择位置移动安装。
对于恶劣条件的被测对象（高压、易爆、高粘度、易挥发、强腐蚀、放射性介质等）因检测件无需与之接触带来很大的好处。
相关法在超声波流量计设计中的应用
3 插值原理
若将数字信号 x ( n ) 的采样频率提高 L 倍 , 得到 v ( n ) , 则需要对信号进行插值处理 . 一个简
1
T
T →∞
T
) Y ( t ) d t ( 3) X(t - β ∫
0
第2期
于光平 ,等 : 相关法在超声波流量计设计中的应用
H (e
jωy
209
单的方法就是在 x ( n ) 的每相邻的两个点之间补 ( L - 1) 个 0 , 而后再对该信号进行低通滤波 , 即有 x ( n/ L ) n = 0 , ±L , ±2 L , … ( 4) v ( n) = 0 n 为其它值 记 x ( n ) , v ( n ) 的 DF T 分 别 为 X ( ejωx ) 和 jω V ( e x ) , 由于 ωy = 2 πf / f y = 2 πf / L f x = ωy / L ( 5) 因此
∞
) =
L
ωy ≤ π/ L 其它
0
( 10 )
其算法的流程如图 4 所示 .
图4 算法流程图
Fig14 Flow chart of algorithm
ωy n
jω V (e y) =
n=- ∞
∑ v ( n ) ej
∞
) =
ωy n
n=- ∞
∑ x ( n/ L ) ej
( 6)
4 关键参数的计算
相关法在超声波流量计设计中的应用
于光平 , 陈 强
( 沈阳工业大学 信息科学与工程学院 , 沈阳 110023)
摘 要 : 针对超声波流量计设计中采用相位差法测量流量时干扰信号影响被测信号过零时刻波 形 ,从而严重影响测量精度的问题 , 讨论了利用超声波测量流量的常用方法以及相关原理和插值 原理 ,论述了超声波流量计设计时相关原理在相位差法测量流量中的具体应用 , 研究了相关算法 中关键参数的计算方法以及插值算法对提高测量精度的作用 . 利用 Matlab 软件对系统进行了仿 真 ,结果表明 : 将相关算法和插值算法应用于相位差法流量测量中 ,可提高超声波流量计的测量精 度和抗干扰能力 . 关 键 词 : 超声波流量计 ; 数字信号处理器 ; 相关算法 ; 插值算法 ; 相位差测量 中图分类号 : TH 814192 文献标志码 : A
超声波流量计的研究和应用
超声波流量计的研究和应用廖志敏;熊珊【摘要】系统地阐述了超声波流量计的组成、工作原理及使用范围,比较各种流量计的优缺点,并对超声波流量计误差进行了详细的分析,简略介绍了流量计的标定和应用范围,对当前的研究应用具有一定指导作用.【期刊名称】《管道技术与设备》【年(卷),期】2004(000)004【总页数】3页(P12-13,19)【关键词】超声波流量计;原理;标定;计量;误差分析;应用【作者】廖志敏;熊珊【作者单位】西南石油学院,四川,成都,610500;中石油西南油气田分公司,四川,宜宾,644600【正文语种】中文【中图分类】TE863.1超声波流量计由超声波换能器、电子转换线路、流量显示累积系统3部分组成。
超声波换能器采用铸铁酸铅压电元件制作，利用压电效应发射和接收声波，通过检测流体对超声束(或超声脉冲)的影响来测量流体体积流量。
超声波流量计的原理：传递的声讯号穿过管道内流动的介质时，其传递速度受介质流动速度的影响。
声讯号在2个传感器之间的传递时间取决于管道内介质的流速。
一个声讯号通过上游的时间要比它通过下游的时间长。
这个时间差值dt与管道内介质的流速vf成比例。
如图1所示。
目前所使用的超声波流量计系统主要有以下两种工作原理：1．1 速度法[1]管道内介质流速vf按以下公式求得：式中：t1，t2分别代表声讯号通过上游与下游时间；dt为声讯号通过上游与下游的时间差；L为声讯号通过路径长度；β为代表管轴线与L之间角度。
1．2 环鸣系统法(Sing-around System)[2]如果在两个不同的方向上比较两条脉冲链的频率差，这个脉冲差与流体速度也成比例。
因此这是流速的基频表示法，与流体中的声速无关。
以上两种对流体流速的算法的理论基础是相同的，其流体流速vf的理论值也是基本相同的。
利用不同的二次仪表设置不同的流量系数均可显示其容积流量。
(1)适用于各种管径流量的高精度计量，其流量和管径越大，精确度越高；(2)测量范围(量程比)很宽，一般为1∶40～1∶160，最大能达到1∶300；(3)重复性很高，能实现双向流量计量；(4)流量计本体无压力损失，可精确测量脉动流；(5)节能，可大大降低长输管道增压费用；(6)不受沉积物或湿气的影响，无可动部件；(7)所需上下游直管段较短(上游为10D，下游为3D)；(8)无磨损，示值无零点漂移现象，偏移误差小；(9)动态计量范围宽；(10)不受涡流和流速剖面变化的影响；(11)不受压力、温度、分子量、气体组分变化的影响；(12)不需要重复标定。
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4 关键参数的计算
411 超声波频率的确定
超声波最低频率是 20 kHz. 在水中的传播速
度约为 1 500 m/ s. 图 1 中 C 、D 两点处测得的波
形形状一样 ,有一定的相位差 ,其相位差与水的流
速 、管道的直径有关.
若超声波的频率选为 50 kHz. 根据抽样定
理[8 ] ,AD 采样率应为 100 K 以上 ,取 AD 采样率
x ( n/ L ) n = 0 , ±L , ±2 L , …
v ( n) = 0
n 为其它值 (4)
记 x ( n) , v ( n) 的 DF T 分 别 为 X (ejωx) 和
V (ejωx) ,由于
ωy = 2πf / f y = 2πf / L f x = ωy/ L (5)
图 1 相差法测量方法结构图 Fig11 Structural diagram of phase difference
measuring method
2 相关原理在相位差测量中的应用
相位差 法 测 量 的 物 理 量 是 两 组 信 号 的 相 位
差. 当发射是连续的超声波脉冲 ,或周期较长的脉
=
π
∫ C
L
1 2π-π
X1
(ej
Lωx
)
dωx
=
C L
x
(0)
(9)
所以应取 C = L ,以保证 y (0) = x (0) .
所以有
H (ejωy) = L 0
ωy ≤π/ L 其它
(10)
其算法的流程如图 4 所示.
图 4 算法流程图 Fig14 Flow chart of algorithm
3 插值原理
若将数字信号 x ( n) 的采样频率提高 L 倍 , 得到 v ( n) , 则需要对信号进行插值处理. 一个简
第2期
于光平 ,等 : 相关法在超声波流量计设计中的应用
209
单的方法就是在 x ( n) 的每相邻的两个点之间补
( L - 1) 个 0 ,而后再对该信号进行低通滤波 ,即有
为 1 M Hz.
412 插值点确定
当时间分辨率定为 50 ns 时 ,为了达到此精
度 ,系统的采样频率须达到 20 M Hz ,而实际的采
样率只有 1 M Hz ,二者相差 20 倍 ,所以需要在每
两个采样点之间插 20 个零.
413 采样位数的计算
插值后每个周期有 (1 000 kHz/ 50 kHz) ×20 =
Application of correlation method in design of ultrasonic flo w meter
YU Guang2ping , CHEN Qiang
(School of Information Science and Engineering , Shenyang University of Technology , Shenyang 110023 , China)
Abstract : In design of ult rasonic flow meter , when t he flow was measured using phase difference met hod , t he measurement accuracy will be seriously affected because t he noise signal influences t he zero point wave shape of t he measured signal. Aim at t he above problem , t he usual met hods of measuring t he flow by ult rasonic as well as bot h correlation and interpolation principles were discussed. For designing an ult rasonic flow meter , t he application of correlation principle in measuring flow by phase difference met hod was explored. The calculating approach of key parameters in correlation algorit hm was given , and t he effect of interpolation algorit hm in improving measurement precision was investigated. The system was simulated using Matlab software. The result s show t hat t he measurement accuracy and anti2dist urbance ability of ult rasonic flow meter get significantly enhanced when bot h correlation principle and interpolation algorit hm are used for measuring flow by phase difference met hod.
Key words : ult rasonic flow meter ; digital signal processor ; correlation algorit hm ; interpolation algorit hm ; phase difference measurement
超声波流量计是一种非接触式仪表 ,在石油 、 医药 、水资源管理等领域有着广泛的应用 ,其应用 的关键参数为测量精度. 超声波流量计有多种测 量方法 ,相位差法是其中的一种. 然而传统的相位 差测量方法抗干扰能力差[1 ] ,对此本文提出了以 相关原理来测量相位差的方法. 它具有较高的抗 干扰能力 ,且加入插值算法更能提高测量的精度.
冲时 ,两接收探头收到的信号之间就会产生相位
差 ,其相位差反应了流速的大小[4 ] . 产生的相差
Δφ = 2πfΔt
(1)
式中 : f ———超声波频率 ; Δt ———时差.
由此可计算出流速
v
=
c2Δφ 2 dtanθ·2πf
=
kΔt
(2)
式中 : c ———超声波在静止流体中的传播速度 ;
因此
∞
∑ V (ejωy) =
v ( n) ej nωy) =
n=- ∞
∞
∑x ( n/ L ) ej nωy (6)
n=- ∞
若令 z = ejωy ,则 V ( z ) = X ( zL )
图 3 插值前后的频谱 Fig13 Frequency spectrum before and after interpolation
相关法在超声波流量计设计中的应用
于光平 , 陈 强
(沈阳工业大学 信息科学与工程学院 , 沈阳 110023)
摘 要 : 针对超声波流量计设计中采用相位差法测量流量时干扰信号影响被测信号过零时刻波 形 ,从而严重影响测量精度的问题 ,讨论了利用超声波测量流量的常用方法以及相关原理和插值 原理 ,论述了超声波流量计设计时相关原理在相位差法测量流量中的具体应用 ,研究了相关算法 中关键参数的计算方法以及插值算法对提高测量精度的作用. 利用 Matlab 软件对系统进行了仿 真 ,结果表明 :将相关算法和插值算法应用于相位差法流量测量中 ,可提高超声波流量计的测量精 度和抗干扰能力. 关 键 词 : 超声波流量计 ; 数字信号处理器 ; 相关算法 ; 插值算法 ; 相位差测量 中图分类号 : TH 814192 文献标志码 : A
第30卷 第2期 2008年4月
沈 阳 工 业 大 学 学 报
Journal of She nya ng U niv ersi ty of Technology
Vol130 No12 Apr1 2 0 0 8
文章编号 : 1000 - 1646 (2008) 02 - 0207 - 05
208
沈 阳 工 业 大 学 学 报
第 30 卷
体中顺流传播时 ,速度将加快 ,逆流传播时速度会 减小 ,两个速度的差值越大 ,表明流体流速越快 , 反之则慢.
多普勒法是根据物理学中的多普勒效应来实 现的[4 ] . 这种方法主要用于精度不高 、含有固体 颗粒及杂质比较多的场合 ,而在比较洁净的流体 中就难以发挥作用.
v ———流体的速度 ;
d ———管道内径.
传统的相位差测量方法是将两个同频被测信
号整形为两个方波信号 ,其前后沿分别对应于被
测信号的正向过零点和负向过零点 ,再用填充计
数法测量出这两个同频方波的前沿 (或后沿) 之间
的时间差 ,即求出这两个被测信号之间的相位
差[5 ] . 这种相位差测量方法要求被测信号在过零
点时刻的波形准确 ,若被测信号受到干扰 ,将会改
变被测信号前沿 (或后沿) 的位置 ,从而使测出的
相位差产生错误 ,严重影响测量的精度. 相关算法
具有较高的抗干扰性 ,所以本文提出用相关算法
来测量相位差.
图 1 中 , 探头 C、D 接收到的信号为 X ( t) 、
Y ( t) ,如图 2 所示. Y ( t) 是 X ( t) 的一个简单的
延迟 ,此时两组信号的互相关函数为
T
∫ R xy (β)
=
lim
T →∞
1 T
X ( t - β) Y ( t) d t (3)
0
图 2 两路接收信号及互相关函数 Fig12 Two2channel receiving signal and