《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于時(shí)差法的雙聲道超聲波水流量計(jì)
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
劉偉，秦會(huì)斌
杭州電子科技大學(xué) 新型電子器件與應(yīng)用研究所，浙江 杭州 310018
摘要： 針對(duì)中小管徑單聲道超聲波流量計(jì)由于聲道少而易受流場(chǎng)分布不均勻的影響，提出了一種基于時(shí)差法的雙聲道超聲波水流量計(jì)。流量計(jì)的硬件系統(tǒng)由STM32L431低功耗模塊、高精度計(jì)時(shí)模塊TDC-GP22等組成。根據(jù)雙聲道管段結(jié)構(gòu)，提出了基于卡爾曼濾波算法的數(shù)據(jù)融合方法，將兩個(gè)聲道的測(cè)量數(shù)據(jù)融合并完成濾波處理，提高了流量計(jì)的測(cè)量精度。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，流量計(jì)測(cè)量誤差在2.5%以內(nèi)，卡爾曼融合濾波算法可以有效提高流量計(jì)測(cè)量精度。
中圖分類(lèi)號(hào)：TP216
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222953
中文引用格式： 劉偉，秦會(huì)斌. 基于時(shí)差法的雙聲道超聲波水流量計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：58-62.
英文引用格式： Liu Wei，Qin Huibin. Two-channel ultrasonic water flowmeter based on time difference method[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：58-62.
Two-channel ultrasonic water flowmeter based on time difference method
Liu Wei，Qin Huibin
Institute of New Electron Device and Application，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou 310018，China
Abstract： For the small and medium diameter mono ultrasonic flowmeter due to the small number of channels vulnerable to uneven flow field distribution, a dual-channel ultrasonic water flowmeter based on the time difference method is proposed. The hardware system of the flowmeter consists of STM32L431 low-power module, high-precision timing module TDC-GP22 and other components. According to the dual-channel pipe segment structure, the data fusion method based on Kalman filter algorithm is proposed to fuse the measurement data of the two channels and complete the filtering process, which improves the measurement accuracy of the flowmeter. The experimental test shows that the flowmeter measurement error is within 2.5%, and the Kalman fusion filtering algorithm can effectively improve the flowmeter measurement accuracy.
Key words : Kalman filter；fusion method；ultrasound；flowmeter；binaural

0　引言

    流量檢測(cè)是工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)中的一個(gè)重要指標(biāo)，與溫度、壓力并稱(chēng)為熱工計(jì)量的三大重要參數(shù)[1]。流量計(jì)作為流量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具，在于流體相關(guān)的工業(yè)控制中起到重要作用。傳統(tǒng)的流量計(jì)大多為機(jī)械式流量計(jì)，機(jī)械部件占據(jù)主體部分，流體流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，流量計(jì)借助機(jī)械部件的轉(zhuǎn)動(dòng)完成流量計(jì)量。因此，機(jī)械式流量計(jì)普遍存在始動(dòng)流量高、壓力損耗大、需要人工抄表的問(wèn)題。隨著超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用超聲波完成流量測(cè)量的超聲波水流量計(jì)。超聲波流量計(jì)內(nèi)部采用全電子結(jié)構(gòu)，無(wú)阻流部件，相較于傳統(tǒng)機(jī)械式流量計(jì)具有非接觸式、無(wú)機(jī)械化部件、測(cè)量靈敏度高、受環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)[2]。因此，基于超聲波檢測(cè)技術(shù)的流量計(jì)逐漸成為熱門(mén)研究領(lǐng)域。研究人員從超聲波測(cè)量原理、傳播時(shí)間計(jì)算方法和流量計(jì)設(shè)計(jì)等各個(gè)方面開(kāi)展研究。涂曉立等人采用多普勒法研制了一種超聲波多普勒流量計(jì)，并對(duì)流量計(jì)的性能進(jìn)行了測(cè)試[3]；王安然等人對(duì)超聲時(shí)差法的傳播時(shí)間測(cè)量進(jìn)行分析，提出了一種基于電容積分的間接傳播時(shí)間測(cè)量方法[4]；胡海霞采用高精度計(jì)時(shí)芯片TDC-GP22設(shè)計(jì)了一款運(yùn)用于小口徑管道的超聲波計(jì)量模塊[5]。




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作者信息：

劉偉，秦會(huì)斌

（杭州電子科技大學(xué) 新型電子器件與應(yīng)用研究所，浙江 杭州 310018）

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