基于傳播時(shí)間法的時(shí)差式超聲流量計(jì)設(shè)計(jì)

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

　　對(duì)于小口徑、低流速的情況，順逆流的時(shí)差非常短，典型最大流量對(duì)應(yīng)的時(shí)差僅約20ns，精確測(cè)量難度很大，需要極高的時(shí)鐘頻率。如果測(cè)量方法粗放，這個(gè)極小的時(shí)間量很可能被淹沒(méi)在測(cè)量的誤差中。因此，如何才能測(cè)量到這個(gè)時(shí)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(jì)確定

　　環(huán)鳴法的產(chǎn)生

　　為了解決時(shí)間差值太小的的問(wèn)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(hào)，在換能器T2收到信號(hào)的時(shí)刻，令T1再次發(fā)射聲信號(hào)，而T2再次接收，這樣如此循環(huán)發(fā)射、接收N次。通過(guò)測(cè)量記錄下N次測(cè)量的總時(shí)間∑t正。然后，再令T2發(fā)射，T1接收，經(jīng)過(guò)N次如此循環(huán)就可得到逆向發(fā)射總時(shí)間∑t逆。這時(shí)讓順逆流兩個(gè)總的時(shí)間作差，可以得到總時(shí)間差∑Δt。∑Δt這個(gè)量比起單次測(cè)量時(shí)，它已經(jīng)擴(kuò)大了2N倍。由測(cè)量帶來(lái)的誤差經(jīng)過(guò)了N次累加后，其均值則向零靠近，使得測(cè)量精度提高了倍。此時(shí)這個(gè)值就較容易測(cè)量，從而得到想要的流量數(shù)據(jù)。

　　環(huán)鳴法要解決的幾個(gè)重要問(wèn)題

　　精確捕捉計(jì)時(shí)點(diǎn)

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

　　正弦函數(shù)在過(guò)零點(diǎn)處斜率最大。如果把回波的某個(gè)正弦周期的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)出來(lái)，回波時(shí)間的測(cè)量精度將極大提高。從總方框圖可知，過(guò)零點(diǎn)的檢測(cè)電路是由過(guò)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(hào)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(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)立刻觸發(fā)單穩(wěn)1電路以獲得發(fā)射同步信號(hào)。