專利名稱：一種超聲流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲流量計(jì)。
背景技術(shù)：
超聲流量計(jì)已成功地應(yīng)用于測(cè)量血液流量和河水流量。在工業(yè)上，適用于測(cè)量各種流體和中、低壓氣體的體積流量而不受流體電導(dǎo)率、粘度、密度、腐蝕性和成分的影響。它不妨礙管道中流體的流動(dòng)，也不受管徑大小的限制。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足:現(xiàn)有的超聲流量計(jì)多采用乘法器或非線性混頻器提取超聲多普勒信號(hào)，電路復(fù)雜、成本高，且計(jì)算出的流量和流速精度低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種超聲流量計(jì)，該流量計(jì)靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，不需調(diào)試，提高了流量和流速的檢測(cè)精度，詳見(jiàn)下文描述:一種超聲流量計(jì)，包括:振蕩器，所述振蕩器產(chǎn)生超聲波信號(hào)ω 0,通過(guò)超聲波驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)第一超聲探頭，所述第一超聲探頭發(fā)出的所述超聲波信號(hào)Qci經(jīng)管壁照射到管道中的流體，具有多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)ω被第二超聲探頭接收，經(jīng)過(guò)放大器放大后輸入到多普勒差頻器；所述超聲波信號(hào)Qtl也輸入到所述多普勒差頻器，所述多普勒差頻器輸出多普勒差頻信號(hào)△ ω，所 述多普勒差頻信號(hào)△ ω經(jīng)過(guò)低頻濾波整形電路得到方波信號(hào)，并輸入至頻率測(cè)量電路，所述頻率測(cè)量電路輸出數(shù)字多普勒信號(hào)至控制器，所述控制器計(jì)算出所述流體的流速和流量，并顯示和輸出所述流體的流速和流量。所述多普勒差頻器具體包括:第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端輸入第一信號(hào)源，所述第一電阻的另一端接第一二極管的陽(yáng)極，所述第一二極管的陰極接第三電阻的一端，所述第三電阻的另一端接運(yùn)算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω ;所述第三電阻并聯(lián)連接電容；所述第二電阻的一端輸入第二信號(hào)源，所述第二電阻的另一端接第二二極管的陰極，所述第二二極管的陽(yáng)極接所述運(yùn)算放大器的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器的正極性輸入端接地；所述第一二極管的陽(yáng)極接所述第二二極管的陰極，所述第一二極管的陰極接所述
第二二極管的陽(yáng)極。所述多普勒差頻器具體包括:第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端輸入第一信號(hào)源，第一電阻的另一端分別接第一二極管的陽(yáng)極和第二二極管的陰極，所述第一二極管的陰極和所述第二二極管陽(yáng)極同時(shí)接運(yùn)算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)△ ω ;所述第一二極管并聯(lián)電容；所述第二電阻的一端輸入第二信號(hào)源，所述第二電阻的另一端分別接所述第一二極管的陽(yáng)極、所述第二二極管的陰極和所述運(yùn)算放大器的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器的正極性輸入端接地。所述多普勒差頻器具體包括:第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端輸入第一信號(hào)源，所述第一電阻的另一端接第三電阻的一端，所述第三電阻的另一端接運(yùn)算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)；所述第二電阻的一端輸入第二信號(hào)源，所述第二電阻的另一端分別接所述第三電阻的一端和所述運(yùn)算放大器的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器的正極性輸入端接地。所述多普勒差頻器具體包括:第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端輸入第一信號(hào)源，所述第二電阻的一端輸入第二信號(hào)源，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接運(yùn)算放大器的正極性輸入端；所述運(yùn)算放大器的負(fù)極性輸入端同時(shí)接第三電阻和第四電阻的一端；所述第三電阻的另一端接地；所述第四電阻的另一端接所述運(yùn)算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω。所述多普勒差頻器具體包括:第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一端輸入第一信號(hào)源，所述第二電阻的一端輸入第二信號(hào)源，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接運(yùn)算放大器的正極性輸入端；所述運(yùn)算放大器的負(fù)極性輸入端接輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω。所述第一信號(hào)源具體為:所述多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)《,Λ ω ;所述第二信號(hào)源具體為:所述超聲波信號(hào)ω0Ο所述 第一信號(hào)源具體為:所述超聲波信號(hào)Otl ;所述第二信號(hào)源具體為:所述多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)c^+Λ ω ο本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的多普勒差頻器作為超聲流量計(jì)，該電路簡(jiǎn)單、靈敏度高、工藝性好、容易集成，且提高了流速和流量的檢測(cè)精度；且通過(guò)修改電阻和電容的值可以很容易改變多普勒差頻器的增益，通過(guò)對(duì)運(yùn)算放大器型號(hào)的選擇可以對(duì)多普勒信號(hào)進(jìn)行放大處理，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。
圖1為本發(fā)明提供的一種超聲流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的多普勒差頻器電路原理圖；圖3為圖2的戴維南等效電路圖；圖4為圖2的另一戴維南等效電路圖；圖5為本發(fā)明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖6為本發(fā)明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖7為本發(fā)明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖8為本發(fā)明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:OSC:振湯器；1:超聲波驅(qū)動(dòng)電路；2:第一超聲探頭；3:流體；4:第二超聲探頭；5:放大器；6:多普勒差頻器；7:低頻濾波整形電路；8:頻率測(cè)量電路；9:控制器；
Δ ω:多普勒差頻信號(hào)；V。:輸出端。R1:第一電阻；R2:第二電阻；R3:第三電阻；R4:第四電阻；A:運(yùn)算放大器；C:電容；D1:第一二極管；D2:第二二極管；V1:第一信號(hào)源；V2:第二信號(hào)源。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
為了提高測(cè)速儀的靈敏度和速度的檢測(cè)精度，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種超聲流量計(jì)，詳見(jiàn)下文描述:實(shí)施例1參見(jiàn)圖1，一種超聲流量計(jì)，包括:振蕩器0SC，振蕩器OSC產(chǎn)生超聲波信號(hào)Coci，通過(guò)超聲波驅(qū)動(dòng)電路I驅(qū)動(dòng)第一超聲探頭2，第一超聲探頭2發(fā)出的超聲波信號(hào)Oci經(jīng)管壁照射到管道中的流體3，具有多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)c^+Λ ω被第二超聲探頭4接收，經(jīng)過(guò)放大器5放大后輸入到多普勒差頻器6 ；超聲波信號(hào)Otl也輸入到多普勒差頻器6，多普勒差頻器6輸出多普勒差頻信號(hào)Δ ω，多普勒差頻信號(hào)Λ ω經(jīng)過(guò)低頻濾波整形電路7得到方波信號(hào)，并輸入至頻率測(cè)量電路8，頻率測(cè)量電路8輸出數(shù)字多普勒信號(hào)至控制器9，控制器9計(jì)算出流體3的流速和流量，并顯示和輸出流體3的流速和流量。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，控制器9可以為單片機(jī)和微控制器等具有計(jì)算和顯示功能的元器件，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。其中，流體3可以為氣體或液體，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。其中，參見(jiàn)圖2，該多普勒差頻器6包括:第一電阻R1和第二電阻R2,第一電阻R1的一端輸入第一信號(hào)源V1,第一電阻R1的另一端接第一二極管D1的陽(yáng)極，第一二極管D1的陰極接第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端接運(yùn)算放大器A的輸出端Vtl，輸出多普勒差頻信號(hào)Λ ω ;第三電阻R3并聯(lián)連接電容C ;第二電阻R2的一端輸入第二信號(hào)源V2，第二電阻R2的另一端接第二二極管D2的陰極，第二二極管D2的陽(yáng)極接運(yùn)算放大器A的負(fù)極性輸入端；運(yùn)算放大器A的正極性輸入端接地；第一二極管D1的陽(yáng)極接第二二極管D2陰極，第一二極管D1的陰極接第二二極管D2陽(yáng)極。S卩，第一二極管D1和第二二極管D2之間組成反并聯(lián)電路。下面結(jié)合圖3和圖4詳細(xì)描述該差頻器的工作原理，詳見(jiàn)下文描述:圖2中提供的差頻器通過(guò)采用戴維南定律等效為圖3中的電路。由于二極管的伏安特性為Id = Is (CVS _1){ I j
其中:IS為PN結(jié)的反向飽和電流；VS為溫度電壓當(dāng)量，在溫度為300K (攝氏溫度27° C)時(shí)約為26mV;VD為導(dǎo)通電壓。當(dāng)因此(1)式可以改寫(xiě)為
權(quán)利要求
1.一種超聲流量計(jì)，包括:振蕩器(OSC)，其特征在于，所述振蕩器(OSC)產(chǎn)生超聲波信號(hào)ω ^，通過(guò)超聲波驅(qū)動(dòng)電路(I)驅(qū)動(dòng)第一超聲探頭(2 )，所述第一超聲探頭(2 )發(fā)出的所述超聲波信號(hào)Wtl經(jīng)管壁照射到管道中的流體(3)，具有多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)c^+Λ ω被第二超聲探頭(4)接收，經(jīng)過(guò)放大器(5)放大后輸入到多普勒差頻器(6);所述超聲波信號(hào)Otl也輸入到所述多普勒差頻器(6)，所述多普勒差頻器(6)輸出多普勒差頻信號(hào)Λ ω，所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω經(jīng)過(guò)低頻濾波整形電路(7)得到方波信號(hào)，并輸入至頻率測(cè)量電路(8)，所述頻率測(cè)量電路(8)輸出數(shù)字多普勒信號(hào)至控制器(9)，所述控制器(9)計(jì)算出所述流體(3)的流速和流量，并顯示和輸出所述流體(3)的流速和流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于，所述多普勒差頻器(6)具體包括:第一電阻(R1)和第二電阻(R2), 所述第一電阻(R1)的一端輸入第一信號(hào)源(V1),所述第一電阻(R1)的另一端接第一二極管(D1)的陽(yáng)極，所述第一二極管(D1)的陰極接第三電阻(R3)的一端，所述第三電阻(R3)的另一端接運(yùn)算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λω ;所述第三電阻(R3)并聯(lián)連接電容(C)； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號(hào)源(V2),所述第二電阻(R2)的另一端接第二二極管(D2)的陰極，所述第二二極管(D2)的陽(yáng)極接所述運(yùn)算放大器(A)的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器(A)的正極性輸入端接地； 所述第一二極管(D1)的陽(yáng)極接所述第二二極管(D2)的陰極，所述第一二極管(D1)的陰極接所述第二二極管(D2)的陽(yáng)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于，所述多普勒差頻器(6)具體包括:第一電阻(R1)和第二電阻(R2), 所述第一電阻(R1)的一 端輸入第一信號(hào)源(V1),第一電阻(R1)的另一端分別接第一二極管(D1)的陽(yáng)極和第二二極管(D2)的陰極，所述第一二極管(D1)的陰極和所述第二二極管(D2)陽(yáng)極同時(shí)接運(yùn)算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω ;所述第一二極管(D1)并聯(lián)電容(C)； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號(hào)源(V2),所述第二電阻(R2)的另一端分別接所述第一二極管(D1)的陽(yáng)極、所述第二二極管(D2)的陰極和所述運(yùn)算放大器(A)的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器(A)的正極性輸入端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于，所述多普勒差頻器(6)具體包括:第一電阻(R1)和第二電阻(R2), 所述第一電阻(R1)的一端輸入第一信號(hào)源(V1),所述第一電阻(R1)的另一端接第三電阻(R3)的一端，所述第三電阻(R3)的另一端接運(yùn)算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻 目號(hào)Δ ω ； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號(hào)源(V2),所述第二電阻(R2)的另一端分別接所述第三電阻(R3)的一端和所述運(yùn)算放大器(A)的負(fù)極性輸入端；所述運(yùn)算放大器(A)的正極性輸入端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于，所述多普勒差頻器(6)具體包括:第一電阻(R1)和第二電阻(R2), 所述第一電阻(R1)的一端輸入第一信號(hào)源(V1),所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號(hào)源(v2)，所述第一電阻(R1)的另一端和所述第二電阻(R2)的另一端接運(yùn)算放大器(A)的正極性輸入端；所述運(yùn)算放大器(A)的負(fù)極性輸入端同時(shí)接第三電阻(R3)和第四電阻(R4)的一端；所述第三電阻(R3)的另一端接地；所述第四電阻(R4)的另一端接所述運(yùn)算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Λ ω。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于，所述多普勒差頻器(6)具體包括:第一電阻(R1)和第二電阻(R2), 所述第一電阻(R1)的一端輸入第一信 號(hào)源(V1),所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號(hào)源(V2),所述第一電阻(R1)的另一端和所述第二電阻(R2)的另一端接運(yùn)算放大器(A)的正極性輸入端；所述運(yùn)算放大器(A)的負(fù)極性輸入端接輸出端，輸出所述多普勒差頻信號(hào)Δ ω。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一權(quán)利要求所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于， 所述第一信號(hào)源(V1)具體為:所述多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)《-Λ ω ;所述第二信號(hào)源(V2)具體為:所述超聲波信號(hào)ω”
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一權(quán)利要求所述的一種超聲流量計(jì)，其特征在于， 所述第一信號(hào)源(V1)具體為:所述超聲波信號(hào)Otl ;所述第二信號(hào)源(V2)具體為:所述多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)ω。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲流量計(jì)，包括振蕩器，振蕩器產(chǎn)生超聲波信號(hào)，通過(guò)超聲波驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)第一超聲探頭，第一超聲探頭發(fā)出的超聲波信號(hào)經(jīng)管壁照射到管道中的流體，具有多普勒效應(yīng)的超聲波信號(hào)被第二超聲探頭接收，經(jīng)過(guò)放大器放大后輸入到多普勒差頻器；超聲波信號(hào)也輸入到多普勒差頻器，多普勒差頻器輸出多普勒差頻信號(hào)，多普勒差頻信號(hào)經(jīng)過(guò)低頻濾波整形電路得到方波信號(hào)，并輸入至頻率測(cè)量電路，頻率測(cè)量電路輸出數(shù)字多普勒信號(hào)至控制器，控制器計(jì)算出流體的流速和流量，并顯示和輸出。該測(cè)速儀簡(jiǎn)單、工藝性好、容易集成，提高了流速和流量的檢測(cè)精度；且通過(guò)修改電阻和電容的值很容易改變多普勒差頻器增益，滿足了多種需要。
文檔編號(hào)G01F1/66GK103162751SQ201310047090
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者林凌, 張桂霞, 李剛 申請(qǐng)人:天津大學(xué)
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