一種超聲波流量傳感器和流量檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲波流量傳感器，包括導(dǎo)流管，在導(dǎo)流管的管壁上設(shè)置有向外凸起的容納腔，在該容納腔中設(shè)置有微處理器以及與其分別電連接的第一超聲發(fā)射器、第二超聲發(fā)射器、第一超聲接收器和第二超聲接收器，在與容納腔相對(duì)的內(nèi)管壁上設(shè)置有第一反射片和第二反射片。該超聲波流量傳感器通過測(cè)量超聲波在水中沿順流和逆流的傳播時(shí)間來獲取水流速度，避免了直接利用超聲波在水流中的速度計(jì)算水流速度所引入的溫度影響，提高了水流的測(cè)量精度和測(cè)量效率。本發(fā)明還公開了一種流量檢測(cè)方法，先根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值判斷水管是否處于正常工作狀態(tài)，若是則獲取水流速度，不是則直接發(fā)送報(bào)警信號(hào)，使得水管能夠得到及時(shí)維修，減少水資源的浪費(fèi)。
【專利說明】
一種超聲波流量傳感器和流量檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波流量傳感器和流量檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大部分的水表都是在傳統(tǒng)的機(jī)械表上進(jìn)行改造，與傳統(tǒng)的水表相比，超聲波水表可以實(shí)現(xiàn)很高的測(cè)量精確度，且因?yàn)樗鼪]有移動(dòng)的元件，因此幾乎不需要維修。而且，它也不會(huì)阻擋或者減慢管道中氣體或者液體的流動(dòng)。它能夠準(zhǔn)確地測(cè)量水表產(chǎn)品的寬頻，而不需像機(jī)械型技術(shù)那樣需要驗(yàn)證。高靈敏度使其可以檢測(cè)到管道中的任何泄漏，并可以測(cè)量和補(bǔ)充各種會(huì)影響監(jiān)護(hù)運(yùn)輸領(lǐng)域中的測(cè)量準(zhǔn)確度的變量。超聲波水表正在快速發(fā)展成為流量測(cè)量領(lǐng)域的主導(dǎo)，且超聲波水表具有高精確度和低總體擁有成本。不論是從技術(shù)上還是從經(jīng)濟(jì)上看，超聲波水表都是水表行業(yè)的理想選擇。
[0003]根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。
[0004]超聲流量計(jì)和超聲波流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì)，特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。
[0005]然而水溫對(duì)超聲波在水中的傳播速度的影響，從而影響到超聲波水表的測(cè)量精度。因此，現(xiàn)有技術(shù)中在利用超聲波水表進(jìn)行水流量檢測(cè)時(shí)，為了擴(kuò)大水溫的允許范圍，必須對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的溫度補(bǔ)償，這是因?yàn)樗疁氐淖兓瘯?huì)導(dǎo)致超聲波在水中的傳播速度的變化，從而導(dǎo)致測(cè)量的水流速度值的誤差，而進(jìn)行溫度補(bǔ)償必然會(huì)增加超聲波流量傳感器的操作復(fù)雜度，降低水流的檢測(cè)效率和抄表效率。
[0006]另外，現(xiàn)有技術(shù)中的超聲波水表沒有報(bào)警功能，當(dāng)水管管道損壞造成大量漏水時(shí)，超聲波便在空氣中或者是空氣較多的管道中傳輸，然而超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s，在水中的傳播速度約為1500m/s，此時(shí)超聲波水表若按照超聲波在水中的傳播速度計(jì)算水流速度，不但測(cè)量不準(zhǔn)確，還會(huì)因?yàn)闆]有對(duì)水管及時(shí)維修而造成大量自來水外流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種超聲波流量傳感器，能夠提高水流的測(cè)量精度和效率，本發(fā)明還提供了一種流量檢測(cè)方法，能夠減少因水管未能及時(shí)維修而造成的資源浪費(fèi)。
[0008]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中超聲波流量傳感器包括導(dǎo)流管，在導(dǎo)流管的管壁上設(shè)置有向外凸起的容納腔，在該容納腔中設(shè)置有微處理器以及與其分別電連接的第一超聲發(fā)射器、第二超聲發(fā)射器、第一超聲接收器和第二超聲接收器;所述第一超聲發(fā)射器和第二超聲接收器位于微處理器的一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;所述第一超聲接收器和第二超聲發(fā)射器位于微處理器的另一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;第一超聲發(fā)射器和第一超聲接收器所在直線平行于導(dǎo)流管的管壁，第二超聲發(fā)射器和第二超聲接收器所在直線平行于導(dǎo)流管的管壁;在與容納腔相對(duì)的內(nèi)管壁上設(shè)置有第一反射片和第二反射片，分別位于容納腔的兩側(cè)，所述第一反射片和第二反射片配合工作，用于將第一超聲發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第一超聲接收器，將第二超聲發(fā)射器發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第二超聲接收器。
[0009]其中，所述微處理器包括計(jì)時(shí)模塊，用于獲取超聲波信號(hào)從第一超聲發(fā)射器至第一超聲接收器的傳輸時(shí)間Tl和超聲波信號(hào)從第二超聲發(fā)射器至第二超聲接收器的傳輸時(shí)間T2。
[0010]進(jìn)一步地，所述微處理器還包括報(bào)警模塊，用于將獲取到的傳輸時(shí)間Tl與其內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若傳輸時(shí)間Tl大于該閾值，則發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
[0011 ]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種利用上述超聲波流量傳感器進(jìn)行流量檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0012]獲取超聲波信號(hào)從第一超聲發(fā)射器至第一超聲接收器的傳輸時(shí)間Tl和超聲波信號(hào)從第二超聲發(fā)射器至第二超聲接收器的傳輸時(shí)間Τ2;
[0013 ]將獲取到的傳輸時(shí)間Tl與其內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若傳輸時(shí)間TI大于該閾值，則發(fā)送報(bào)警信號(hào);否則，根據(jù)傳輸時(shí)間Tl、Τ2計(jì)算水流速度V2。
[0014]有益效果:本發(fā)明中的超聲波流量傳感器通過測(cè)量超聲波在水中沿順流和逆流的傳播時(shí)間來獲取水流速度，避免了直接利用超聲波在水流中的速度計(jì)算水流速度所引入的溫度影響，提高了水流的測(cè)量精度，同時(shí)，由于超聲波流量傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，水流速度的計(jì)算簡單，操作方便，能夠提高測(cè)量效率;進(jìn)一步地，本發(fā)明中的流量檢測(cè)方法，先根據(jù)預(yù)先設(shè)置的閾值判斷水管是否處于正常工作狀態(tài)，若是則獲取水流速度，不是則直接發(fā)送報(bào)警信號(hào)，使得水管能夠得到及時(shí)維修，減少水資源的浪費(fèi)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明中超聲波流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]圖1中的超聲波流量傳感器包括由導(dǎo)流管I，在導(dǎo)流管I的外壁上設(shè)置有凸起的容納腔，在該容納腔中設(shè)置有微處理器8以及與其分別電連接的第一超聲發(fā)射器4、第二超聲發(fā)射器5、第一超聲接收器6和第二超聲接收器7，微處理器8可以向遠(yuǎn)端服務(wù)器傳輸信號(hào)，超聲波流量傳感器在使用時(shí)，其導(dǎo)流管I的兩端接通水管，水沿導(dǎo)流管I的管壁流動(dòng)，第一超聲發(fā)射器4和第二超聲接收器7位于微處理器8的一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;第一超聲接收器6和第二超聲發(fā)射器5位于微處理器8的另一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;第一超聲發(fā)射器4和第一超聲接收器6所在直線平行于導(dǎo)流管I的管壁，第二超聲發(fā)射器5和第二超聲接收器7所在直線平行于導(dǎo)流管I的管壁;在與容納腔相對(duì)的內(nèi)管壁上設(shè)置有第一反射片2和第二反射片3，分別位于容納腔的兩側(cè)，與上述超聲發(fā)射器和超聲接收器的位置對(duì)應(yīng)，能夠?qū)⒌谝怀暟l(fā)射器4發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第一超聲接收器6，將第二超聲發(fā)射器5發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第二超聲接收器7。
[0019]為了防止水里可能有雜質(zhì)顆粒破壞，或者會(huì)影響超聲波傳感器以及反射片的正常工作，在導(dǎo)流管I的水流入口處的地方加一個(gè)濾網(wǎng)，把一定量的顆粒擋住，以便于超聲波流量傳感器的正常工作。
[0020]上述微處理器8包括計(jì)時(shí)模塊，超聲波流量傳感器的發(fā)射和接收控制及傳播時(shí)間的處理，都是由微處理器8的計(jì)時(shí)模塊完成:微處理器8啟動(dòng)第一超聲發(fā)射器4發(fā)出第一超聲波信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，該超聲波信號(hào)經(jīng)第一反射片2反射后，在導(dǎo)流管I中的水中穿行，到達(dá)第二反射片3后，再次反射之后到達(dá)第一超聲接收器6，第一超聲接收器6再將信號(hào)傳送到微處理器8中，微處理器8結(jié)束計(jì)時(shí)，得到第一超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間Tl;微處理器8啟動(dòng)第二超聲發(fā)射器5發(fā)出第二超聲波信號(hào)并開始計(jì)時(shí)，該超聲波信號(hào)經(jīng)第二反射片3反射后，在導(dǎo)流管I中的水中穿行，到達(dá)第一反射片2后，再次反射之后到達(dá)第二超聲接收器7，第二超聲接收器7再將信號(hào)傳送到微處理器8中，微處理器8結(jié)束計(jì)時(shí)，得到第二超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間T2。
[0021 ]若水流方向?yàn)閳D1中的從左至右，貝Ij第一超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間Tl的表達(dá)式為:Tl=S+(VdV2);第二超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間T2的表達(dá)式為:TS = S^(V1-V2),反之亦然，時(shí)中，S為導(dǎo)流管I中第一超聲發(fā)射器4和第一超聲接收器6之間的距離，V1為超聲波在水中的傳輸速度;^為導(dǎo)流管I中水流的速度。
[0022]最終推導(dǎo)出水流速度為:V2=(S + Tl_S + T2)/2，其中，Tl和T2經(jīng)過測(cè)量已經(jīng)獲知，測(cè)量的傳播時(shí)間Tl和T2被微處理器定時(shí)讀寫處理，再做相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，就可得到穩(wěn)定可靠的傳播時(shí)間差，即1/T1和1/T2的差值，最后根據(jù)等式就可以計(jì)算出流量?？梢钥闯?，最終的公式與超聲波在水中的速度^無關(guān)，故利用超聲波在水中沿順流和逆流的傳播時(shí)間做差可消除溫度影響。
[0023]實(shí)施例2:
[0024]本實(shí)施例中的超聲波流量傳感器與實(shí)施例1中的結(jié)構(gòu)相同，唯一不同的是，本實(shí)施例中的微處理器8還進(jìn)一步包含報(bào)警模塊，用于在進(jìn)行水流速度計(jì)算之前判斷水管是否存在故障，其內(nèi)部程序中設(shè)置一閾值，若第一超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間Tl大于該閾值，則向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送報(bào)警信號(hào);否則按照實(shí)施例1中的方法計(jì)算水流速度V2。
[0025]流經(jīng)過超聲波水表的流速V2—般小于lOm/s，在空氣中的傳播速度約為340m/s，在水中的傳播速度Vl約為1500m/s，S卩上述中的Vl遠(yuǎn)大于V2，即使在空氣中的傳播速度也是遠(yuǎn)大于V2，那么第一超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間Tl可以近似為:Tl = S + V1，顯然，當(dāng)超聲波便在空氣中或者是空氣較多的管道中傳輸，那么微處理器8所得到的第一超聲波信號(hào)的傳輸時(shí)間Tl與在水中傳播的時(shí)間是相差很多的。因此，本實(shí)施例中的閾值可以根據(jù)多次試驗(yàn)獲得超聲波在水流中的傳播時(shí)間而進(jìn)行合理設(shè)置。
[0026]以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波流量傳感器，其特征在于，該傳感器包括導(dǎo)流管(I)，在導(dǎo)流管(I)的管壁上設(shè)置有向外凸起的容納腔，在該容納腔中設(shè)置有微處理器(8)以及與其分別電連接的第一超聲發(fā)射器(4)、第二超聲發(fā)射器(5)、第一超聲接收器(6)和第二超聲接收器(7);所述第一超聲發(fā)射器(4)和第二超聲接收器(7)位于微處理器(8)的一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;所述第二超聲發(fā)射器(5)和第一超聲接收器(6)位于微處理器(8)的另一側(cè)，兩者所在直線垂直與管壁;第一超聲發(fā)射器(4)和第一超聲接收器(6)所在直線平行于導(dǎo)流管(I)的管壁，第二超聲發(fā)射器(5)和第二超聲接收器(7)所在直線平行于導(dǎo)流管(I)的管壁;在與容納腔相對(duì)的內(nèi)管壁上設(shè)置有第一反射片(2)和第二反射片(3)，分別位于容納腔的兩側(cè)，所述第一反射片(2)和第二反射片(3)配合工作，用于將第一超聲發(fā)射器(4)發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第一超聲接收器(6)，將第二超聲發(fā)射器(5)發(fā)射的超聲波信號(hào)反射至第二超聲接收器(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波流量傳感器，其特征在于，所述微處理器(8)包括計(jì)時(shí)模塊，用于獲取超聲波信號(hào)從第一超聲發(fā)射器(4)至第一超聲接收器(6)的傳輸時(shí)間Tl和超聲波信號(hào)從第二超聲發(fā)射器(5)至第二超聲接收器(7)的傳輸時(shí)間T2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波流量傳感器，其特征在于，所述微處理器(8)還包括報(bào)警模塊，用于將獲取到的傳輸時(shí)間Tl與其內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若傳輸時(shí)間Tl大于該閾值，則發(fā)送報(bào)警信號(hào)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波流量傳感器，其特征在于，水流速度V2的計(jì)算公式為:V2=( S + Tl -S + T2) /2，式中，S為第一超聲發(fā)射器和第一超聲接收器之間的距離。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的超聲波流量傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)流管(I)的水流入口處設(shè)置有濾網(wǎng)。6.一種利用權(quán)利要求3所述的超聲波流量傳感器進(jìn)行流量檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 獲取超聲波信號(hào)從第一超聲發(fā)射器至第一超聲接收器的傳輸時(shí)間Tl和超聲波信號(hào)從第二超聲發(fā)射器至第二超聲接收器的傳輸時(shí)間T2; 將獲取到的傳輸時(shí)間TI與其內(nèi)部預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，若傳輸時(shí)間Tl大于該閾值，則發(fā)送報(bào)警信號(hào);否則，根據(jù)傳輸時(shí)間Tl、T2計(jì)算水流速度V2。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流量檢測(cè)方法，其特征在于，水流速度V2的計(jì)算公式為:V2=(S+ Tl-S + T2)/2，式中，S為第一超聲發(fā)射器和第一超聲接收器之間的距離。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK105865551SQ201610414141
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】曹祥春, 張凱
【申請(qǐng)人】江蘇賽達(dá)電子科技有限公司