超聲波多普勒流量計的檢測原理
發布時間：2021-03-27 09:56:11
流量監測是生產制造過程中必不可少的重要環節之一，流量監測的精度直接影響現場工藝能否高效運行。隨著電子技術的發展，各種原理的流量計的日益增多，測量的精度也不斷提高，基于超聲波信號的檢測方法逐漸演變為流量檢測技術的重要發展方向。在眾多的超聲波流量檢測技術中，超聲波多普勒流量計脫穎而出。其優勢：整個系統中無運動部件，安裝拆卸簡便、不影響現場工藝流程。使用過程中不受管道尺寸的限制，應用范圍廣泛。
在利用多普勒原理進行流量檢測時，系統結構如圖1所示，在管道外側對稱安裝一對超聲波換能器，換能器與管道的夾角為θ1和θ2，通常情況下θ1=θ2=45°。在檢測過程中用于發射的換能器連續發射固定頻率的超聲波信號，超聲波信號進入管道內流體介質會發生大量反射和部分折射信號波，大量的反射信號波被用于接收的換能器接收，通過檢測接收換能器接收的超聲波回波信號的頻率與發射換能器發射的固定頻率進行比較，得到多普勒頻移，從而實現流體流量的檢測。
超聲波多普勒流量計硬件框圖如圖2所示。該系統主要由電源模塊、MK60主控模塊、信號處理模塊以及人機交互模塊和通信輸出模塊組成。本設計選取ARM內核的MK60系列單片機作為主控模塊CPU，實現各個模塊之間的通信以及檢測數據的處理工作。文本主要介紹信號處理模塊。該模塊主要包括超聲波信號的發射與接收以及超聲波回波信號的濾波與放大。
超聲波多普勒流量計采用的發射與接收換能器，其中心頻率為1MHz。MK60主控模塊通過控制發射電路驅動超聲波換能器發射1MHz的連續方波信號，連續方波信號經過管道中的被測介質反射到超聲波接收換能器，最后把經處理的頻移信號返回主控模塊進行后續流速和流量的計算。
