低功耗气超声流量计的换能器激发接收电路研究

气体超声波流量计,具有测量精度高、量程比宽、无压损等优点,低功耗产品还可应用于供电不便的沙漠、野外等地区,随着在我国能源供给中天然气的比重越来越高,其具有广阔市场前景。然而,气体超声波流量计的市场长期被外国厂家垄断,对其自主研制具有重要意义。

本课题研究的换能器激发接收电路是低功耗气体超声波流量计的重要组成部分,也是一个研究难点,其要实现对换能器的高压、高效激发及对换能器原始接收信号的处理并得到高精度的声波传播时间值,并且要解决现场应用存在的诸多问题。

论文主要研究内容如下：

针对超声波信号在气体中的衰减性强的问题,采用了高压激发的方式,设计了基于高频变压器的多声道换能器激发电路,并且进行了本安设计。通过模型分析及AP法实现了高频变压器的自主设计,获得较为理想的激发波形；通过匹配网络,增大了激发电路的效率,得到较为理想的原始接收信号。通过优化设计的放大滤波电路大大提升接收信号的幅值及信噪比,运用选波电路实现的自适应使能窗技术结合过零比较技术,很好的实现对停止计时信号的提取及对干扰信号的屏蔽。低功耗自动增益控制技术解决了管道压力适应性难题。多层板技术大大提高了电路板的抗干扰性能。通过选用超低功耗的器件及合理的低功耗测量时序,使电路工作寿命可达4年以上。

最后,通过音速喷嘴标定实验、高压环道实验、EMC实验,对本课题进行验证,证明了本课题具有很高的测量精度、很好的管道压力适应性及抗干扰性能。