超声波多普勒流量计的检测原理

流量监测是生产制造过程中的重要环节之一，流量监测的精度直接影响现场工艺能否高效运行。随着电子技术的发展，各种原理的流量计的日益增多，测量的精度也不断提高，基于超声波信号的检测方法逐渐演变为流量检测技术的重要发展方向。在众多的超声波流量检测技术中，超声波多普勒流量计脱颖而出。其优势：整个系统中无运动部件，安装拆卸简便、不影响现场工艺流程。使用过程中不受管道尺寸的限制，应用范围广泛。

在利用多普勒原理进行流量检测时，系统结构如图1所示，在管道外侧对称安装一对超声波换能器，换能器与管道的夹角为θ1和θ2，通常情况下θ1=θ2=45°。在检测过程中用于发射的换能器连续发射固定频率的超声波信号，超声波信号进入管道内流体介质会发生大量反射和部分折射信号波，大量的反射信号波被用于接收的换能器接收，通过检测接收换能器接收的超声波回波信号的频率与发射换能器发射的固定频率进行比较，得到多普勒频移，从而实现流体流量的检测。

超声波多普勒流量计硬件框图如图2所示。该系统主要由电源模块、MK60主控模块、信号处理模块以及人机交互模块和通信输出模块组成。本设计选取ARM内核的MK60系列单片机作为主控模块CPU，实现各个模块之间的通信以及检测数据的处理工作。文本主要介绍信号处理模块。该模块主要包括超声波信号的发射与接收以及超声波回波信号的滤波与放大。

超声波多普勒流量计采用的发射与接收换能器，其中心频率为1MHz。MK60主控模块通过控制发射电路驱动超声波换能器发射1MHz的连续方波信号，连续方波信号经过管道中的被测介质反射到超声波接收换能器，最后把经处理的频移信号返回主控模块进行后续流速和流量的计算。