国产小视频国产精品

超聲波技術已在民用(yong)(yong)、醫(yi)療和軍事應用(yong)(yong)中有(you)上百年的歷(li)史(shi)。幾乎每(mei)個人都(dou)經歷(li)過(guo)醫(yi)療超聲波技術(如B超)。目前，最新的超聲波應用(yong)(yong)已發(fa)展到工業和汽車市場的自(zi)動化中。

超聲波(bo)技(ji)術的非(fei)接觸性(xing)質使其(qi)成為醫療、制藥、軍事和(he)工廠用(yong)途的絕佳選擇。此外(wai)，其(qi)操作環境也大大超出人們所了解的范圍(wei)。

流量計量是以每(mei)小時升(lph)或加侖(lun)/分鐘(gpm)為單(dan)(dan)位測量液體或氣體的流(liu)量。流(liu)量計可用(yong)(yong)于住(zhu)(zhu)宅和工(gong)業環境中，包括住(zhu)(zhu)宅和工(gong)業儀表(biao)中的簡易(yi)功(gong)用(yong)(yong)表(biao)(氣表(biao)、水表(biao)、熱量計)或危險液體或氣體用(yong)(yong)混(hun)合器(石油、采礦、廢水處理、油漆、化學品);見圖(tu)1。在結構(gou)上，流(liu)量計包括三個單(dan)(dan)元：傳感器單(dan)(dan)元、計量單(dan)(dan)元和通信(xin)單(dan)(dan)元。這些單(dan)(dan)元或功(gong)能塊中的每(mei)一個都可以是機械式或電(dian)子式。

圖1：住宅和(he)工業應用中(zhong)的(de)流量(liang)計示例

在大(da)部(bu)分流(liu)量(liang)計的設(she)計中，其活動部(bu)件都會使用機械(xie)感測。例如，使用電感電容器(qi)(LC)、巨磁電阻(zu)(GMR)、隧道式磁阻(zu)(TMR)或霍爾效(xiao)應傳感器(qi)捕獲螺(luo)旋槳或葉(xie)輪(lun)的運動，該運動根據(ju)流(liu)量(liang)而變化(hua)，并被轉換成數(shu)據(ju)并傳遞給(gei)測量(liang)單元。因(yin)為有(you)活動部(bu)件，所以可能會出現磨(mo)損(sun)和不準確的情況。

這些儀表的(de)壽命普遍較短(不(bu)(bu)到7年)，并且不(bu)(bu)能檢測到低(di)流量(liang)或小泄漏。同時(shi)，介質污染、污垢積聚以及部件的(de)結垢和老化也會影響測量(liang)精度，很(hen)可能導致(zhi)傳(chuan)感器結果不(bu)(bu)準確(que)，因此還需(xu)要(yao)定期對流量(liang)計進行重新校準。圖2所示(shi)為帶(dai)有LC傳(chuan)感器的(de)旋轉式(shi)水(shui)表 。

圖(tu)2：使用LC傳(chuan)感器的旋轉式流(liu)量(liang)計

超聲波傳感避免了上述幾個問題。該傳感技術非常精確(<±1%)，具有(you)較(jiao)長使用壽命(> 10年)，可(ke)以方便地檢測不同(tong)成(cheng)分的液(ye)體或氣體，并調整介質和管道腐蝕污(wu)染的影響(xiang)。超聲波儀表沒有(you)活動部件，因此無(wu)需重新(xin)校(xiao)準。

用于流量(liang)(liang)測量(liang)(liang)的(de)超聲(sheng)(sheng)波頻率范(fan)圍(wei)為100kHz至4MHz。使用一定頻率的(de)電脈沖信號激發超聲(sheng)(sheng)波傳(chuan)(chuan)感(gan)器從而產生相(xiang)應頻率的(de)超聲(sheng)(sheng)波，并(bing)使用同一聲(sheng)(sheng)波傳(chuan)(chuan)輸(shu)路(lu)徑從兩(liang)個對(dui)立(li)的(de)方向在不同時(shi)(shi)段發射聲(sheng)(sheng)波并(bing)測量(liang)(liang)聲(sheng)(sheng)波傳(chuan)(chuan)輸(shu)時(shi)(shi)間(記為上行(xing)(xing)傳(chuan)(chuan)輸(shu)時(shi)(shi)間和下行(xing)(xing)傳(chuan)(chuan)輸(shu)時(shi)(shi)間,TOF,Time of flight)。通過(guo)計算(suan)(suan)上下行(xing)(xing)傳(chuan)(chuan)輸(shu)時(shi)(shi)間的(de)絕對(dui)時(shi)(shi)間差，進而計算(suan)(suan)出實(shi)際流量(liang)(liang)。

安裝在流(liu)管內部或(huo)外部的(de)(de)一對或(huo)多對超(chao)聲波傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)可以用(yong)來(lai)測(ce)量TOF。圖3所示(shi)為(wei)簡易的(de)(de)超(chao)聲波測(ce)量原理和一些常(chang)見的(de)(de)超(chao)聲波傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)布置(zhi)撲。超(chao)聲波傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)選擇取決于待測(ce)流(liu)體的(de)(de)介(jie)質類型(xing)。通(tong)常(chang)，待測(ce)流(liu)體為(wei)液體時(shi)(shi)使(shi)用(yong)頻率(lv)大于等于1MHz的(de)(de)超(chao)聲波傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)，待測(ce)流(liu)體為(wei)氣(qi)體時(shi)(shi)使(shi)用(yong)頻率(lv)小于等于500kHz的(de)(de)超(chao)聲波傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)。

圖(tu)3：超聲波(bo)測量原理和(he)常(chang)見的超聲波(bo)傳感(gan)器布(bu)置拓撲(pu)

TOF測(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)精確度(du)將直接(jie)影響流量(liang)(liang)計量(liang)(liang)的(de)(de)分辨率和(he)精度(du)。TOF通常(chang)以皮秒(ps)或納秒(ns)計量(liang)(liang)，它(ta)的(de)(de)主要參數包(bao)括零流量(liang)(liang)漂移(ZFD)、標準偏差(STD)、最小和(he)最大可檢測(ce)流量(liang)(liang)、流量(liang)(liang)、流速、體積、絕對值(Abs)TOF和(he)Delta(Δ)TOF。流量(liang)(liang)表行業標準;最常(chang)見的(de)(de)是國際標準化組織(zhi)(ISO)4064、國際法制計量(liang)(liang)組織(zhi)(OIML)R49和(he)歐洲標準(EN)1434。TI的(de)(de)超聲波流量(liang)(liang)表方案能夠達到符(fu)合標準的(de)(de)高水平精度(du)要求。

TI的(de) MSP430FR6047 微(wei)控制(zhi)器(qi)(MCU)是一款用于(yu)液體計量(liang)的(de)高度集成的(de)片上系統(SoC)，專門針對使用超聲波(bo)(bo)傳感技(ji)術測量(liang)精確(que)TOF的(de)需求量(liang)身定制(zhi)，具有基于(yu)模擬數字轉換器(qi)(ADC)的(de)波(bo)(bo)形(xing)捕(bu)獲技(ji)術。圖4所(suo)示為MSP430?MCU和(he)超聲波(bo)(bo)換能器(qi)的(de)連(lian)接示意圖。

圖4：MSP430FR6047和超聲波換能器連(lian)接示意圖

一對(dui)超(chao)聲波換能器可以(yi)(yi)直接與(yu)MSP430FR6047 MCU集成的(de)超(chao)聲波外設(USS)連接。USS使用高速8MSPS的(de)Σ-Δ ADC可以(yi)(yi)靈活的(de)對(dui)每個傳(chuan)感器進(jin)行獨立(li)的(de)激(ji)勵(li)和(he)響應捕獲。USS再將捕獲的(de)波形采用多種數字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理算法進(jin)行下一步處(chu)理。MSP430FR6047 MCU中采用的(de)波形捕獲技術和(he)處(chu)理方法能夠得(de)到一流的(de)分辨率(<5ps) —— 對(dui)住宅和(he)工業(ye)應用中的(de)液體和(he)氣體流量檢測是一個突破(po)性系統設計(ji)。

目前大多數(shu)超(chao)聲波(bo)流(liu)量(liang)(liang)計都是(shi)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的，然而基于MSP430FR6047 MCU的超(chao)聲波(bo)流(liu)量(liang)(liang)表解(jie)決(jue)方案的平(ping)均耗電(dian)量(liang)(liang)僅為3 μA，從而能夠達到10多年(nian)的使(shi)用(yong)壽命。此外，您可以輕松(song)地將此方案擴(kuo)展到熱量(liang)(liang)計。

用(yong)于流量測(ce)量的超聲波傳感集(ji)成(cheng)(cheng)了(le)以下優勢：尺寸更小、成(cheng)(cheng)本(ben)更低、精(jing)度和穩定性提高(gao)、延長(chang)產品壽命、可(ke)與(yu)智(zhi)能電網連接等。