基于时差法的双声道超声波水流量计
2023年电子技术应用第1期
刘伟，秦会斌
杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所，浙江 杭州 310018
摘要： 针对中小管径单声道超声波流量计由于声道少而易受流场分布不均匀的影响，提出了一种基于时差法的双声道超声波水流量计。流量计的硬件系统由STM32L431低功耗模块、高精度计时模块TDC-GP22等组成。根据双声道管段结构，提出了基于卡尔曼滤波算法的数据融合方法，将两个声道的测量数据融合并完成滤波处理，提高了流量计的测量精度。实验测试表明，流量计测量误差在2.5%以内，卡尔曼融合滤波算法可以有效提高流量计测量精度。
中图分类号：TP216
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222953
中文引用格式： 刘伟，秦会斌. 基于时差法的双声道超声波水流量计[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.222953
中文引用格式： 刘伟，秦会斌. 基于时差法的双声道超声波水流量计[J]. 电子技术应用，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
流量检测是工业自动化检测中的一个重要指标，与温度、压力并称为热工计量的三大重要参数[1]。流量计作为流量检测的标准计量器具，在于流体相关的工业控制中起到重要作用。传统的流量计大多为机械式流量计，机械部件占据主体部分，流体流经流量计时，流量计借助机械部件的转动完成流量计量。因此，机械式流量计普遍存在始动流量高、压力损耗大、需要人工抄表的问题。随着超声波检测技术的发展，出现了利用超声波完成流量测量的超声波水流量计。超声波流量计内部采用全电子结构，无阻流部件，相较于传统机械式流量计具有非接触式、无机械化部件、测量灵敏度高、受环境影响较小等优点[2]。因此，基于超声波检测技术的流量计逐渐成为热门研究领域。研究人员从超声波测量原理、传播时间计算方法和流量计设计等各个方面开展研究。涂晓立等人采用多普勒法研制了一种超声波多普勒流量计，并对流量计的性能进行了测试[3]；王安然等人对超声时差法的传播时间测量进行分析，提出了一种基于电容积分的间接传播时间测量方法[4]；胡海霞采用高精度计时芯片TDC-GP22设计了一款运用于小口径管道的超声波计量模块[5]。
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作者信息：
刘伟，秦会斌
（杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所，浙江 杭州 310018）
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