Asia game中国网站

超声波技术已在民用、医疗和军事应用中有上百年的历史
。险些每个人都经历过医疗超声波技术(如B超)
。目前，最新的超声波应用已生长到工业和汽车市场的自动化中
。

超声波技术的非接触性质使其成为医疗、制药、军事和工厂用途的绝佳选择
。别的，其操作情况也大大凌驾人们所了解的规模
。

流量计量是以每小时升(lph)或加仑/分钟(gpm)为单位丈量液体或气体的流量
。流量计可用于住宅和工业情况中，包括住宅和工业仪表中的简易功用表(气表、水表、热量计)或危险液体或气体用混淆器(石油、采矿、废水处理、油漆、化学品);见图1
。在结构上，流量计包括三个单位：传感器单位、计量单位和通信单位
。这些单位或功效块中的每一个都可以是机械式或电子式
。

图1：住宅和工业应用中的流量计示例

在大部分流量计的设计中，其运动部件都会使用机械感测
。例如，使用电感电容器(LC)、巨磁电阻(GMR)、隧道式磁阻(TMR)或霍尔效应传感器捕获螺旋桨或叶轮的运动，该运动凭据流量而变革，并被转换成数据并通报给丈量单位
。因为有运动部件，所以可能会泛起磨损和禁绝确的情况
。

这些仪表的寿命普遍较短(不到7年)，并且不可检测到低流量或小泄漏
。同时，介质污染、污垢积累以及部件的结垢和老化也会影响丈量精度，很可能导致传感器结果禁绝确，因此还需要按期对流量计进行重新校准
。图2所示为带有LC传感器的旋转式水表
。

图2：使用LC传感器的旋转式流量计

超声波传感制止了上述几个问题
。该传感技术很是精确(<±1%)，具有较长使用寿命(> 10年)，可以便当地检测差别身分的液体或气体，并调解介质和管道腐化污染的影响
。超声波仪表没有运动部件，因此无需重新校准
。

用于流量丈量的超声波频率规模为100kHz至4MHz
。使用一定频率的电脉冲信号引发超声波传感器从而爆发相应频率的超声波，并使用同一声波传输路径从两个对立的偏向在差别时段发射声波并丈量声波传输时间(记为上行传输时间和下行传输时间,TOF,Time of flight)
。通过盘算上下行传输时间的绝对时间差，进而盘算出实际流量
。

装置在流管内部或外部的一对或多对超声波传感器可以用来丈量TOF
。图3所示为简易的超声波丈量原理和一些常见的超声波传感器安排扑
。超声波传感器的选择取决于待测流体的介质类型
。通常，待测流体为液体时使用频率大于即是1MHz的超声波传感器，待测流体为气体时使用频率小于即是500kHz的超声波传感器
。

图3：超声波丈量原理和常见的超声波传感器安排拓扑

TOF丈量的精确度将直接影响流量计量的区分率和精度
。TOF通常以皮秒(ps)或纳秒(ns)计量，它的主要参数包括零流量漂移(ZFD)、标准偏差(STD)、最小和最大可检测流量、流量、流速、体积、绝对值(Abs)TOF和Delta(Δ)TOF
。流量表行业标准;最常见的是国际标准化组织(ISO)4064、国际法制计量组织(OIML)R49和欧洲标准(EN)1434
。TI的超声波流量表计划能够抵达切合标准的高水平精度要求
。

TI的 MSP430FR6047 微控制器(MCU)是一款用于液体计量的高度集成的片上系统(SoC)，专门针对使用超声波传感技术丈量精确TOF的需求量身定制，具有基于模拟数字转换器(ADC)的波形捕获技术
。图4所示为MSP430?MCU和超声波换能器的连接示意图
。

图4：MSP430FR6047和超声波换能器连接示意图

一对超声波换能器可以直接与MSP430FR6047 MCU集成的超声波外设(USS)连接
。USS使用高速8MSPS的Σ-Δ ADC可以灵活的对每个传感器进行独立的激励和响应捕获
。USS再将捕获的波形接纳多种数字信号处理算法进行下一步处理
。MSP430FR6047 MCU中接纳的波形捕获技术和处理要领能够获得一流的区分率(<5ps) —— 对住宅和工业应用中的液体和气体流量检测是一个突破性系统设计
。

目前大大都超声波流量计都是电池供电的，然而基于MSP430FR6047 MCU的超声波流量表解决计划的平均耗电量仅为3 μA，从而能够抵达10多年的使用寿命
。别的，您可以轻松地将此计划扩展到热量计
。

用于流量丈量的超声波传感集成了以下优势：尺寸更小、本钱更低、精度和稳定性提高、延长产品寿命、可与智能电网连接等
。