基于時差法的雙聲道超聲波水流量計
2023年電子技術應用第1期
劉偉，秦會斌
杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所，浙江 杭州 310018
摘要： 針對中小管徑單聲道超聲波流量計由于聲道少而易受流場分布不均勻的影響，提出了一種基于時差法的雙聲道超聲波水流量計。流量計的硬件系統由STM32L431低功耗模塊、高精度計時模塊TDC-GP22等組成。根據雙聲道管段結構，提出了基于卡爾曼濾波算法的數據融合方法，將兩個聲道的測量數據融合并完成濾波處理，提高了流量計的測量精度。實驗測試表明，流量計測量誤差在2.5%以內，卡爾曼融合濾波算法可以有效提高流量計測量精度。
中圖分類號：TP216
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222953
中文引用格式： 劉偉，秦會斌. 基于時差法的雙聲道超聲波水流量計[J]. 電子技術應用，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.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222953
中文引用格式： 劉偉，秦會斌. 基于時差法的雙聲道超聲波水流量計[J]. 電子技術應用，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
流量檢測是工業自動化檢測中的一個重要指標，與溫度、壓力并稱為熱工計量的三大重要參數[1]。流量計作為流量檢測的標準計量器具，在于流體相關的工業控制中起到重要作用。傳統的流量計大多為機械式流量計，機械部件占據主體部分，流體流經流量計時，流量計借助機械部件的轉動完成流量計量。因此，機械式流量計普遍存在始動流量高、壓力損耗大、需要人工抄表的問題。隨著超聲波檢測技術的發展，出現了利用超聲波完成流量測量的超聲波水流量計。超聲波流量計內部采用全電子結構，無阻流部件，相較于傳統機械式流量計具有非接觸式、無機械化部件、測量靈敏度高、受環境影響較小等優點[2]。因此，基于超聲波檢測技術的流量計逐漸成為熱門研究領域。研究人員從超聲波測量原理、傳播時間計算方法和流量計設計等各個方面開展研究。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，并對流量計的性能進行了測試[3]；王安然等人對超聲時差法的傳播時間測量進行分析，提出了一種基于電容積分的間接傳播時間測量方法[4]；胡海霞采用高精度計時芯片TDC-GP22設計了一款運用于小口徑管道的超聲波計量模塊[5]。
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作者信息：
劉偉，秦會斌
（杭州電子科技大學 新型電子器件與應用研究所，浙江 杭州 310018）
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