【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及超聲波計量檢測領域，具體地涉及一種換能器的聲道控制系統。
技術介紹
1、超聲波換能器是一種能夠將電能轉換為超聲波能量的裝置。它通常由壓電陶瓷材料制成，當施加電壓時，壓電陶瓷會發生壓縮和膨脹，從而產生超聲波振動。在工業領域，超聲波換能器常常被應用于管道流體監測中，如超聲波水表。在超聲波水表中，計量管段的上游和下游位置通常會設置一組或多組相對的超聲波換能器，用于發射和接收超聲波信號，由于超聲波信號在水體中的順流和逆流兩個相對方向的傳播時速度不同，所以通過計算超聲波信號在兩個方向上的飛行時間，再結合管道截面數據即可計算水體流速和流量等信息。
2、其中超聲波換能器的數量受管道直徑的影響，大管徑管道通常需要設置多組換能器組成多聲道模式，相互配合工作。例如公開號為cn?210862800?u的中國專利文件公開了一種復用多聲道超聲波流量計，其換能器機構包括多組測定組件，每個測定組件包括兩個超聲波換能器，兩個超聲波換能器相對設置。該專利文件公開的多聲道超聲波流量計使用了多組相對的超聲波換能器，可以實現多聲道的流體流量檢測功能，能夠有效降低流量計的系統誤差，使得計量數據更為精準。
3、由于大管徑管道中的水體流動狀態相較小管徑管道更加復雜，當水體中存在氣泡或介質時，可能會干擾超聲波信號在水體中的傳播，導致部分聲道對應的超聲波換能器接收信號較弱，產生跳波現象，影響計量精度；此外，當部分聲道對應的超聲波換能器發生故障時，與其連接的控制芯片往往不能做出及時的反應，繼續對錯誤的超聲信號進行處理，嚴重影響計量精度。>
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了提供一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，可以在同時控制多個換能器聲道的基礎上進行信號增益，并且配合特定的控制單元和控制方法，結合獨特的補償方式，可以極大的降低跳波產生的不利影響，并及時調整異常聲道的工作權重占比，自動處理故障聲道，保證超聲波水表的計量精度，增強工作可靠性。
2、為了實現上述目的，本專利技術采取的方案如下：
3、一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，包含多組換能器組件，每組所述換能器組件包含兩個相對設置的且用于交替傳遞超聲波信號的換能器，兩個所述換能器配合工作形成一個計量聲道，其特征在于，該種換能器聲道控制系統還包含與所述換能器組件電連接的計量模塊和與所述計量模塊電連接的且用于控制所述計量模塊工作狀態的主控模塊；所述換能器組件的數量為四組；每個所述計量模塊均包含兩個聲道控制單元，每個所述聲道控制單元固定對應控制一個所述計量聲道。
4、由此，每個換能器組件均包含有兩個換能器，每個換能器均具備發射和接收超聲波信號的能力，同一換能器組件中的兩個換能器相對安裝在超聲波水表計量管段的上游和下游兩個位置，交替發射和接收超聲波信號。此時，上述兩個換能器的超聲波信號通路成為一個計量聲道。本控制系統對擁有四個聲道的超聲波水表進行聲道控制，四個聲道之間相互平行且存在一定間隔，避免信號干涉。
5、計量模塊可采用基于tdc芯片或d-flow系列芯片開發的計量電路，其用于接收和驅動與其連接的換能器收發超聲波信號。每個計量模塊均包含兩個聲道控制單元，每個聲道控制單元可以獨立對一組固定的換能器組件進行控制，即單獨且對應的控制一個計量聲道。由此，每個計量模塊通過對不同的聲道控制單元進行選擇，可以實現對兩個計量聲道的控制。
6、主控模塊為具備計算處理和指令發送能力的微處理器，例如單片機設備，其與兩個計量模塊連接，可以收集和計算各個計量聲道中超聲波信號的飛行時間差，進而計算水體流量流速數據；此外，其還可以控制兩個計量模塊單獨的工作狀態，進而對四個計量聲道的工作狀態進行控制，通過其下發的不同指令，可以靈活選擇參與計量的計量聲道、關閉特定的計量聲道、調整不同的計量聲道所采集數據的計算權重，并且控制不同計量聲道在不同時間段內工作，避免同時工作造成的超聲波信號干擾。
7、任意一個計量聲道的計量數據均可以視為整個超聲波水表的實際計量數據，由四個計量聲道數據相互參考對比得到的計量數據比單聲道更具備可靠性。正常工作時，受到同一個計量模塊控制的兩個計量聲道被視為一組，由主控模塊的微處理器選擇需要工作的計量模塊，該計量模塊控制兩個聲道控制單元來驅動對應的兩個計量聲道進行計量工作。在此過程中，計量模塊可以對任一計量聲道單獨選擇打開或關閉，當某一個計量聲道因換能器故障，計量數據發生異常時，該計量聲道對應的計量模塊將通過聲道控制單元關閉上述計量聲道，并將關閉信息發送至主控模塊，主控模塊停止分析該計量聲道數據，此時由另外一個計量模塊控制的兩個計量聲道的計量數據作為整個超聲波水表的實際計量數據，并降低計量數據發生異常的計量聲道對應的一個計量模塊的工作權限，此時，該計量模塊控制的另一個正常計量聲道采集的計量數據將作為參考校準數據，作為另外兩個正常的計量聲道的參考數據。若因為跳波導致的不同計量聲道的超聲波信號發生計量偏差時，主控模塊將對比四個聲道的數據，選擇一致性較高的計量聲道的計量數據作為基準，計算補償系數，對存在跳波現象的計量聲道進行補償，恢復四個計量聲道之間的數據一致性。
8、上述換能器聲道控制系統通過計量模塊對于換能器組件的選擇性控制，結合主控模塊的管理，可以實現對于工作中的計量聲道的科學選擇，當發現特定計量聲道數據發生明顯異常時，可以關斷該計量聲道的數據采集狀態，提升其他正常計量聲道的計量數據參考權重，以此保證計量數據整體的準確性；面對跳波時，可以通過對跳波計量聲道進行補償的方式實現整體功能的恢復。以此既可以極大的增強系統對于跳波帶來的不利影響的抵抗能力，又可以及時排除異常聲道對于系統整體數據的不利影響，增加四聲道超聲波水表的計量可靠性，性能更加優異。
9、作為本專利技術的優選，所述計量模塊還包含信號增益單元，所述信號增益單元用于檢測所述計量聲道的信號強度，并自動對低強度信號所在的計量聲道進行增益補償。
10、當管道內存在異物、氣泡或渦流等情況時，可能會對部分計量聲道中的超聲波信號強度產生不利影響，此時計量模塊中的信號增益單元可以自動檢測上述計量聲道的信號強度，若強度明顯較低，則信號增益單元可以自動對該計量聲道后續的超聲波信號強度進行增益補償，提高其信號強度。信號增益單元可以采用現有技術中的tdc芯片配合信號檢測方法電路實現，或者采用具備agc自動增益功能的d-flow系列芯片實現。
11、作為本專利技術的優選，所述計量模塊還包含存放有歷史流量數據的參考修正表，所述信號增益單元通過調用查詢所述參考修正表中的歷史流量數據對所述計量聲道進行增益補償。
12、當四個計量聲道中的半數及以上均發生了不同程度的信號強度不足的問題時，其信號增益單元將通過查表法來及進行增益補償工作。具體的，計量模塊中存放有參考修正表，該表中記錄保存了歷史流量數據，由于流量數據具備溯源參考價值，因此信號增益單元可以根據歷史流量數據中具備相似特征的數據對存在問題的計量聲道進行增益補償。
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【技術保護點】
1.一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，包含四組換能器組件(1)，每組所述換能器組件(1)包含兩個相對設置的且用于交替傳遞超聲波信號的換能器，兩個所述換能器配合工作形成一個計量聲道，其特征在于，該種換能器聲道控制系統還包含與所述換能器組件(1)電連接的計量模塊(2)和與所述計量模塊(2)電連接的且用于控制所述計量模塊(2)工作狀態的主控模塊(3)；所述換能器組件(1)的數量為四組；每個所述計量模塊(2)均包含兩個聲道控制單元(21)，每個所述聲道控制單元(21)固定對應控制一個所述計量聲道。
2.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)還包含信號增益單元(22)，所述信號增益單元(22)用于檢測所述計量聲道的信號強度，并自動對低強度信號所在的計量聲道進行增益補償。
3.根據權利要求2所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)還包含存放有歷史流量數據的參考修正表(23)，所述信號增益單元(22)通過調用查詢所述參考修正表(23)中的歷史流量數據對所述計量聲道進行增益
4.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)還包含用于優化電路功耗的定時喚醒單元(24)。
5.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述主控模塊(3)包含分時復位單元(31)和用于與所述計量模塊(2)進行信號傳輸的I/O接口(32)，所述分時復位單元(31)用于對其所在的所述主控模塊(3)電連接的兩個所述計量模塊(2)進行間隔片選。
6.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)與所述主控模塊(3)之間進行SPI通訊，保證信號傳輸的速度。
7.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，該種換能器聲道控制系統還包含與所述主控模塊(3)電連接的人工控制模塊(4)，所述人工控制模塊(4)用于輸入手動增益指令。
8.根據權利要求1-7任意一項所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)具體為D-flow系列芯片，所述D-flow系列芯片包含AGC自動增益單元。
...【技術特征摘要】
1.一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，包含四組換能器組件(1)，每組所述換能器組件(1)包含兩個相對設置的且用于交替傳遞超聲波信號的換能器，兩個所述換能器配合工作形成一個計量聲道，其特征在于，該種換能器聲道控制系統還包含與所述換能器組件(1)電連接的計量模塊(2)和與所述計量模塊(2)電連接的且用于控制所述計量模塊(2)工作狀態的主控模塊(3)；所述換能器組件(1)的數量為四組；每個所述計量模塊(2)均包含兩個聲道控制單元(21)，每個所述聲道控制單元(21)固定對應控制一個所述計量聲道。
2.根據權利要求1所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)還包含信號增益單元(22)，所述信號增益單元(22)用于檢測所述計量聲道的信號強度，并自動對低強度信號所在的計量聲道進行增益補償。
3.根據權利要求2所述的一種四聲道超聲波水表的換能器聲道控制系統，其特征在于，所述計量模塊(2)還包含存放有歷史流量數據的參考修正表(23)，所述信號增益單元(22)通過調用查詢所述參考修正表(23)中的歷史流量數據對所述計量聲道進行增益補償。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：張丹，項家琪，童景順，
申請(專利權)人：寧波澤聯科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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