基于傳播時間法的時差式超聲流量計設(shè)計

　　從上述公式的推導(dǎo)中可以看出，要運用傳播時間測流量時，最關(guān)鍵的測量量就是順逆流傳播時間差，只有精確得到這個時間差，流量才能由其導(dǎo)出。

　　對于小口徑、低流速的情況，順逆流的時差非常短，典型最大流量對應(yīng)的時差僅約20ns，精確測量難度很大，需要極高的時鐘頻率。如果測量方法粗放，這個極小的時間量很可能被淹沒在測量的誤差中。因此，如何才能測量到這個時間量，并使其盡可能精確，就是本文要研究的環(huán)鳴法的關(guān)鍵所在。

　　環(huán)鳴法的設(shè)計確定

　　環(huán)鳴法的產(chǎn)生

　　為了解決時間差值太小的的問題，環(huán)鳴法利用了讓小的量不斷積累，使總體值增大，得到總量后再做平均的思想。環(huán)鳴法總方框圖如圖2所示。

　　該方法中，當(dāng)換能器T1發(fā)射聲信號，在換能器T2收到信號的時刻，令T1再次發(fā)射聲信號，而T2再次接收，這樣如此循環(huán)發(fā)射、接收N次。通過測量記錄下N次測量的總時間∑t正。然后，再令T2發(fā)射，T1接收，經(jīng)過N次如此循環(huán)就可得到逆向發(fā)射總時間∑t逆。這時讓順逆流兩個總的時間作差，可以得到總時間差∑Δt。∑Δt這個量比起單次測量時，它已經(jīng)擴大了2N倍。由測量帶來的誤差經(jīng)過了N次累加后，其均值則向零靠近，使得測量精度提高了倍。此時這個值就較容易測量，從而得到想要的流量數(shù)據(jù)。

　　環(huán)鳴法要解決的幾個重要問題

　　精確捕捉計時點

　　新測量方法用具有半個周期的正弦脈沖去激勵換能器。由于換能器是一個窄帶系統(tǒng)，在電脈沖的激勵下，發(fā)射和接收的聲信號都是較短的、有正弦填充的、具有鐘形包絡(luò)的脈沖信號，如圖3所示。本文選用沖擊信號作發(fā)射源，信號持續(xù)時間短，因此比較適合細(xì)管徑的輸液管道測量。

　　正弦函數(shù)在過零點處斜率最大。如果把回波的某個正弦周期的過零點檢測出來，回波時間的測量精度將極大提高。從總方框圖可知，過零點的檢測電路是由過零比較器、電平比較器、單穩(wěn)2電路和與門電路等組成。其波形和信號之間的邏輯關(guān)系在圖3中可以清楚地看到。

　　從圖3可以看出，得到這個計時點立刻觸發(fā)單穩(wěn)1電路以獲得發(fā)射同步信號。