專利名稱：一種超聲流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種超聲流量計。
背景技術：
超聲流量計已成功地應用于測量血液流量和河水流量。在工業上，適用于測量各種流體和中、低壓氣體的體積流量而不受流體電導率、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，也不受管徑大小的限制。發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足:現有的超聲流量計多采用乘法器或非線性混頻器提取超聲多普勒信號，電路復雜、成本高，且計算出的流量和流速精度低。
發明內容
本發明提供了一種超聲流量計，該流量計靈敏度高，結構簡單，成本低，不需調試，提高了流量和流速的檢測精度，詳見下文描述:一種超聲流量計，包括:振蕩器，所述振蕩器產生超聲波信號ω 0,通過超聲波驅動電路驅動第一超聲探頭，所述第一超聲探頭發出的所述超聲波信號Qci經管壁照射到管道中的流體，具有多普勒效應的超聲波信號ω被第二超聲探頭接收，經過放大器放大后輸入到多普勒差頻器；所述超聲波信號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△ ω，所 述多普勒差頻信號△ ω經過低頻濾波整形電路得到方波信號，并輸入至頻率測量電路，所述頻率測量電路輸出數字多普勒信號至控制器，所述控制器計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源，所述第一電阻的另一端接第一二極管的陽極，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算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Λ ω ;所述第三電阻并聯連接電容；所述第二電阻的一端輸入第二信號源，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極接所述運算放大器的負極性輸入端；所述運算放大器的正極性輸入端接地；所述第一二極管的陽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源，第一電阻的另一端分別接第一二極管的陽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極同時接運算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號△ ω ;所述第一二極管并聯電容；所述第二電阻的一端輸入第二信號源，所述第二電阻的另一端分別接所述第一二極管的陽極、所述第二二極管的陰極和所述運算放大器的負極性輸入端；所述運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算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號；所述第二電阻的一端輸入第二信號源，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算放大器的負極性輸入端；所述運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源，所述第二電阻的一端輸入第二信號源，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接運算放大器的正極性輸入端；所述運算放大器的負極性輸入端同時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算放大器的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號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源，所述第二電阻的一端輸入第二信號源，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接運算放大器的正極性輸入端；所述運算放大器的負極性輸入端接輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Λ ω。所述第一信號源具體為:所述多普勒效應的超聲波信號《,Λ ω ;所述第二信號源具體為:所述超聲波信號ω0Ο所述 第一信號源具體為:所述超聲波信號Otl ;所述第二信號源具體為:所述多普勒效應的超聲波信號c^+Λ ω ο本發明提供的技術方案的有益效果是:通過采用運算放大器構成的多普勒差頻器作為超聲流量計，該電路簡單、靈敏度高、工藝性好、容易集成，且提高了流速和流量的檢測精度；且通過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，通過對運算放大器型號的選擇可以對多普勒信號進行放大處理，滿足了實際應用中的多種需要。
圖1為本發明提供的一種超聲流量計的結構示意圖；圖2為本發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為本發明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖6為本發明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖7為本發明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖；圖8為本發明提供的另一多普勒差頻器電路原理圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下:OSC:振湯器；1:超聲波驅動電路；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:頻率測量電路；9:控制器；
Δ ω:多普勒差頻信號；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:運算放大器；C:電容；D1:第一二極管；D2:第二二極管；V1:第一信號源；V2:第二信號源。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
為了提高測速儀的靈敏度和速度的檢測精度，本發明實施例提出了一種超聲流量計，詳見下文描述:實施例1參見圖1，一種超聲流量計，包括:振蕩器0SC，振蕩器OSC產生超聲波信號Coci，通過超聲波驅動電路I驅動第一超聲探頭2，第一超聲探頭2發出的超聲波信號Oci經管壁照射到管道中的流體3，具有多普勒效應的超聲波信號c^+Λ ω被第二超聲探頭4接收，經過放大器5放大后輸入到多普勒差頻器6 ；超聲波信號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Δ ω，多普勒差頻信號Λ ω經過低頻濾波整形電路7得到方波信號，并輸入至頻率測量電路8，頻率測量電路8輸出數字多普勒信號至控制器9，控制器9計算出流體3的流速和流量，并顯示和輸出流體3的流速和流量。具體實現時，控制器9可以為單片機和微控制器等具有計算和顯示功能的元器件，本發明實施例對此不做限制。其中，流體3可以為氣體或液體，具體實現時，本發明實施例對此不做限制。其中，參見圖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源V1,第一電阻R1的另一端接第一二極管D1的陽極，第一二極管D1的陰極接第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端接運算放大器A的輸出端Vtl，輸出多普勒差頻信號Λ ω ;第三電阻R3并聯連接電容C ;第二電阻R2的一端輸入第二信號源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的陽極接運算放大器A的負極性輸入端；運算放大器A的正極性輸入端接地；第一二極管D1的陽極接第二二極管D2陰極，第一二極管D1的陰極接第二二極管D2陽極。S卩，第一二極管D1和第二二極管D2之間組成反并聯電路。下面結合圖3和圖4詳細描述該差頻器的工作原理，詳見下文描述:圖2中提供的差頻器通過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結的反向飽和電流；VS為溫度電壓當量，在溫度為300K (攝氏溫度27° C)時約為26mV;VD為導通電壓。當因此(1)式可以改寫為
權利要求
1.一種超聲流量計，包括:振蕩器(OSC)，其特征在于，所述振蕩器(OSC)產生超聲波信號ω ^，通過超聲波驅動電路(I)驅動第一超聲探頭(2 )，所述第一超聲探頭(2 )發出的所述超聲波信號Wtl經管壁照射到管道中的流體(3)，具有多普勒效應的超聲波信號c^+Λ ω被第二超聲探頭(4)接收，經過放大器(5)放大后輸入到多普勒差頻器(6);所述超聲波信號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Λ ω，所述多普勒差頻信號Λ ω經過低頻濾波整形電路(7)得到方波信號，并輸入至頻率測量電路(8)，所述頻率測量電路(8)輸出數字多普勒信號至控制器(9)，所述控制器(9)計算出所述流體(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.根據權利要求1所述的一種超聲流量計，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源(V1),所述第一電阻(R1)的另一端接第一二極管(D1)的陽極，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)的另一端接運算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Λω ;所述第三電阻(R3)并聯連接電容(C)； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號源(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)的陽極接所述運算放大器(A)的負極性輸入端；所述運算放大器(A)的正極性輸入端接地； 所述第一二極管(D1)的陽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)的陽極。
3.根據權利要求1所述的一種超聲流量計，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 端輸入第一信號源(V1),第一電阻(R1)的另一端分別接第一二極管(D1)的陽極和第二二極管(D2)的陰極，所述第一二極管(D1)的陰極和所述第二二極管(D2)陽極同時接運算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Λ ω ;所述第一二極管(D1)并聯電容(C)； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號源(V2),所述第二電阻(R2)的另一端分別接所述第一二極管(D1)的陽極、所述第二二極管(D2)的陰極和所述運算放大器(A)的負極性輸入端；所述運算放大器(A)的正極性輸入端接地。
4.根據權利要求1所述的一種超聲流量計，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)的另一端接運算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻 目號Δ ω ； 所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號源(V2),所述第二電阻(R2)的另一端分別接所述第三電阻(R3)的一端和所述運算放大器(A)的負極性輸入端；所述運算放大器(A)的正極性輸入端接地。
5.根據權利要求1所述的一種超聲流量計，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源(V1),所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號源(v2)，所述第一電阻(R1)的另一端和所述第二電阻(R2)的另一端接運算放大器(A)的正極性輸入端；所述運算放大器(A)的負極性輸入端同時接第三電阻(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)的另一端接所述運算放大器(A)的輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Λ ω。
6.根據權利要求1所述的一種超聲流量計，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 號源(V1),所述第二電阻(R2)的一端輸入第二信號源(V2),所述第一電阻(R1)的另一端和所述第二電阻(R2)的另一端接運算放大器(A)的正極性輸入端；所述運算放大器(A)的負極性輸入端接輸出端，輸出所述多普勒差頻信號Δ ω。
7.根據權利要求2至6中任一權利要求所述的一種超聲流量計，其特征在于， 所述第一信號源(V1)具體為:所述多普勒效應的超聲波信號《-Λ ω ;所述第二信號源(V2)具體為:所述超聲波信號ω”
8.根據權利要求2至6中任一權利要求所述的一種超聲流量計，其特征在于， 所述第一信號源(V1)具體為:所述超聲波信號Otl ;所述第二信號源(V2)具體為:所述多普勒效應的超聲波信號ω。
全文摘要
本發明公開了一種超聲流量計，包括振蕩器，振蕩器產生超聲波信號，通過超聲波驅動電路驅動第一超聲探頭，第一超聲探頭發出的超聲波信號經管壁照射到管道中的流體，具有多普勒效應的超聲波信號被第二超聲探頭接收，經過放大器放大后輸入到多普勒差頻器；超聲波信號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，多普勒差頻信號經過低頻濾波整形電路得到方波信號，并輸入至頻率測量電路，頻率測量電路輸出數字多普勒信號至控制器，控制器計算出流體的流速和流量，并顯示和輸出。該測速儀簡單、工藝性好、容易集成，提高了流速和流量的檢測精度；且通過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G01F1/66GK103162751SQ201310047090
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者林凌, 張桂霞, 李剛 申請人:天津大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
