葉輪式流量計流量高速採樣傳感器的製造方法
2023-07-09 23:23:46
葉輪式流量計流量高速採樣傳感器的製造方法
【專利摘要】本發明提出了一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，用以解決傳統採樣傳感器探測距離短、抗磁性差及測量不準確的問題，主要包括高速採樣探頭和傳感器控制器兩個部分，所述高速採樣探頭內設線圈、線圈支架以及保護支架；所述傳感器控制器包括電源供電裝置，無線電波發生裝置、無線電波接收裝置、採樣識別裝置、邊沿陡峭脈衝發生裝置、採樣信號轉換裝置及傳感器信號輸出裝置。本發明適用於多種葉輪式流量計實現高速測量，具有微功耗、寬電壓、溫度特性和耐壓特性良好、輸出信號優良等特性；同時，本發明對葉輪不產生任何阻力，且探測距離遠，抗強磁性能好，測量準確，可根據不同用途選用不同外殼。
【專利說明】葉輪式流量計流量高速採樣傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高速採樣傳感器，尤其涉及一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，屬於傳感器採樣領域。
【背景技術】
[0002]葉輪式流量計作為一種測量氣體、液體流量的裝置被廣泛應用，其關鍵部件是測量傳感器。現有葉輪式流量計大多都是在產生製造中組裝和調試，有效探測距離小，探測速度低，溫漂大，對應用環境條件要求高，一旦發生損壞，維修和更換都需要停工處理，維護維修麻煩。另外，現有葉輪式流量計自身抗汙染效果都不好，抗幹擾能力差；需要額外配置保護裝置加以保護，致使流量計的生產製造與檢驗困難，在正常使用中損壞機率高，這就帶來了安裝工藝複雜，維修成本高等弊端。特別是在實際使用過程中傳感器受溫度、壓力變化的影響造成嚴重的信號漂移，導致不能正常採樣，致使整個測量設備功能失效，由於傳感器探測距離小，一旦出現故障，整個測量設備或儀器就無法正常工作，必須在停止運行的情況下更換整個測量設備或儀器，損失嚴重，這是多年來困繞葉輪流量計應用的一大難題；但是，葉輪式流量計又是眾多流量計中基表精確度最高，重複性最好，應用廣泛的流量計；特別是在大型天然氣輸送管道系統中應用最為廣泛，在中國，在西歐和北美等發達國家和地區的天然氣管道上應用最多的也是這種流量計。因此，急需研製一種新型的應用於葉輪式流量計的流量傳感器，本發明是針對上述問題而專門設計的。
【發明內容】
[0003]本發明針對現有技術存在的不足，提供一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，解決了傳統採樣傳感器探測距離短、抗幹擾能力差及測量速度低的問題。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，包括葉輪式流量計及高速採樣傳感器，所述葉輪式流量計包括葉輪、葉片及流量計殼體，所述葉輪上含有兩個或以上的葉片，所述高速採樣傳感器包括:
[0005]高速採樣探頭:所述高速採樣探頭可以根據葉輪式流量計基表的具體結構和指標要求，做出不同的結構形式，用以探測葉片位移信號；
[0006]傳感器控制器:所述傳感器控制器用於接收高速採樣探頭採集到到信號，並將採集到的信號進行處理；
[0007]所述高速採樣探頭與所述傳感器控制器連接。
[0008]進一步的，所述傳感器控制器包括:
[0009]無線電波發生裝置:所述無線電波發生裝置的一端與所述高速採樣探頭相連接，所述無線電波發生裝置用以接收所述高速採樣探頭採集到的信號，產生聚焦的電磁波，將聚焦的電磁波通過高速採樣探頭髮射到所述葉片上，並產生電磁波回波信號；
[0010]無線電波接收裝置:所述無線電波接收裝置與所述無線電波發生裝置相連接，用以接收電磁波回波信號，該回波信號使掃描基頻急劇升高和降低，從而產生時間極短的反映葉片位移信號的反饋量信號；
[0011]採樣識別裝置:所述採樣識別裝置與所述無線電波接收裝置相連接，用以接收無線電波接收裝置產生的反饋量信號，以便識別葉片的轉動位移量；
[0012]邊沿陡峭脈衝發生裝置:所述邊沿陡峭脈衝發生裝置與所述採樣識別裝置集成在一個模塊內，用以將採樣識別裝置識別的葉片轉動位移量轉化成陡峭脈衝信號；
[0013]採樣信號轉換裝置:所述採樣信號轉換裝置與所述邊沿陡峭脈衝發生裝置相連接，用以將邊沿陡峭脈衝發生裝置產生的陡峭脈衝信號轉化成矩形脈衝信號；
[0014]傳感器信號輸出裝置:所述傳感器信號輸出裝置與所述採樣信號轉換裝置相連接，用以將所述採樣信號轉換裝置轉換的矩形脈衝信號輸出至外部控制裝置上；
[0015]電源供電裝置:所述電源供電裝置分別與所述無線電波發生裝置、無線電波接收裝置、採樣識別裝置、邊沿陡峭脈衝發生裝置、採樣信號轉換裝置及傳感器信號輸出裝置相連接，用以給上述裝置供電。
[0016]進一步的，所述高速採樣探頭包括引線、分層線圈、線圈支架及保護支架，所述分層線圈纏繞在所述線圈支架後，與所述引線相連接，所述保護支架位於所述線圈支架外部，用以保護所述分層線圈及線圈支架。
[0017]作為本發明的進一步優化，所述分層線圈為一層或以上。
[0018]作為本發明的進一步優化，所述引線為兩條或以上。
[0019]本發明的有益效果是:同其它技術相比，本發明具有如下特點:
[0020]一、本發明按不同的應用場合和應用需要可將硬質外殼裝在流量計基表上，可以是整體器件，也可以是分裝器件。
[0021]二、本發明信號輸出最高頻率超過10000Hz ;—般情況下信號輸出範圍為O-1OOOOHz。
[0022]三、本發明採用微功耗設計，數位訊號輸出時功率低。
[0023]四、本發明探測距離遠，便於安裝，且具有優良的抗幹擾特性，良好的抗強磁場能力，良好的溫度特性。由於採用數字模擬混合電路設計且供電電壓寬，幾乎不產生溫漂。
[0024]五、本發明適合多種體積、尺寸、型號的葉輪式流量計；對於防水、防爆、耐高壓，以及抗機械衝擊性能，僅取決於外殼造型設計和材料的不同。
[0025]六、本發明中的葉輪流量計的葉輪，可選擇金屬材料；也可以選擇非金屬材料，僅要求葉片微小的頂部有相關電磁波的反射材料；材質越薄越輕效果越佳，這對於不增加葉輪負荷，提高葉輪靈敏度、精確度大有益處。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明工作原理模塊圖；
[0028]圖3為本發明高速採樣探頭的結構一的示意圖；
[0029]圖4為本發明高速採樣探頭的結構二的示意圖。
[0030]其中，1、葉輪；2、葉片；3、流量計殼體；4、高速採樣探頭；41、分層線圈；42、引線；43、線圈支架；44、保護支架；5、傳感器控制器；51、電源供電裝置；52、無線電波發生裝置；53、無線電波接收裝置；54、採樣識別裝置；55、邊沿陡峭脈衝發生裝置；56、採樣信號轉換裝置；57、傳感器信號輸出裝置。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖對本發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。
[0032]如圖1所示，一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，包括葉輪式流量計及高速採樣傳感器，所述葉輪式流量計包括葉輪1、葉片2及流量計殼體3，所述葉輪I上設有兩個或以上的葉片2，如圖1和圖2所示，所述高速採樣傳感器包括:
[0033]高速採樣探頭4:如圖3和圖4所示，所述高速採樣探頭4可以根據葉輪式流量計的具體結構和指標要求，做出不同的結構形式，用以探測葉片2位移信號；
[0034]傳感器控制器5:所述傳感器控制器5用於接收高速採樣探頭4採集到的信號，並將採集到的信號進行處理；
[0035]所述高速採樣4探頭與所述傳感器控制器5連接。
[0036]在本發明中，所述傳感器控制器5包括:
[0037]無線電波發生裝置52:所述無線電波發生裝置52的一端與所述高速採樣探頭4相連接，所述無線電波發生裝置52用以接收所述高速採樣探頭4採集到的信號，產生聚焦的電磁波，將聚焦的電磁波通過高速採樣探頭4發射到所述葉片2上，並產生電磁波回波信號;
[0038]無線電波接收裝置53:所述無線電波接收裝置53與所述無線電波發生裝置52相連接，用以接收電磁波回波信號，該回波信號使掃描基頻急劇升高和降低，從而產生時間極短的反映葉片2位移信號的反饋量信號；
[0039]採樣識別裝置54:所述採樣識別裝置54與所述無線電波接收裝置53相連接，用以接收無線電波接收裝置53產生的反饋量信號，以便識別葉片2的轉動位移量；
[0040]邊沿陡峭脈衝發生裝置55:所述邊沿陡峭脈衝發生裝置55與所述採樣識別裝置54集成在一個模塊內，用以將採樣識別裝置54識別的葉片2轉動位移量轉化成陡峭脈衝信號;
[0041]採樣信號轉換裝置56:所述採樣信號轉換裝置56與所述邊沿陡峭脈衝發生裝置55相連接，用以將邊沿陡峭脈衝發生裝置55產生的陡峭脈衝信號轉化成矩形脈衝信號；
[0042]傳感器信號輸出裝置57:所述傳感器信號輸出裝置57與所述採樣信號轉換裝置56相連接，用以將所述採樣信號轉換裝置56轉換的矩形脈衝信號輸出至外部控制裝置上；
[0043]電源供電裝置51:所述電源供電裝置51分別與所述無線電波發生裝置52、無線電波接收裝置53、採樣識別裝置54、邊沿陡峭脈衝發生裝置55、採樣信號轉換裝置56及傳感器信號輸出裝置57相連接，用以給上述裝置供電。
[0044]如圖3和圖4所示，在本發明中，所述高速採樣探頭4包括引線42、分層線圈41、線圈支架43及保護支架44，所述分層線圈41纏繞在所述線圈支架43後，與所述引線42相連接，所述保護支架44位於所述線圈支架43外部，用以保護所述分層線圈41及線圈支架43。
[0045]作為本發明的進一步優化，所述分層線圈41為一層或以上。
[0046]作為本發明的進一步優化，所述引線42為兩條或以上。[0047]本發明的工作原理如下:
[0048]首先由電源供電裝置51提供穩恆電壓的供電，對於引入高速採樣傳感器內的電源線、信號輸出線進行EMC處理，給高速採樣傳感器內部提供相對乾淨的電氣環境。
[0049]高速採樣探頭4發出的電磁波，其穿透能力強，聚焦後發射到流量計葉輪I及葉片2，準確分辨葉片2和葉輪1，電磁波到達後產生精確的返回信號波，並送至無線電波接收裝置53，由後繼的採樣識別裝置54進行處理，由於採用的掃描基頻高，葉輪I上的葉片2薄，葉輪I上的葉片2經過高速採樣探頭4有效探測區的時間間隔極短，致使返回信號波頻率急劇升高和降低，在採樣識別裝置54上產生脈寬很窄和邊沿陡峭的脈衝。在理論上，當葉輪I轉速趨於無窮時，其上升沿和下降沿就足夠陡峭，產生的脈衝趨近於理想衝擊信號。在實際中葉輪I的轉速是有限的，轉速越高，產生的脈衝寬度越窄，而且上升沿和下降沿時間越短，但其能量足夠大，足以滿足後續要求，所以高速情況下測量是精確的。在低速情況下，起始點是從O開始，掃描基頻遠大於採樣輸出頻率，由於在採樣識別裝置54中採樣脈衝的幅度是恆定的，在採樣識別裝置54中有電壓保持，而且刷新速度足夠快，能滿足識別信號的需要，並根據採樣時間控制輸出精確的信號。
[0050]本發明的工作過程如下:
[0051]電源供電裝置51啟動，本發明開始工作，葉輪I帶動葉片2進行旋轉，首先無線電波發生裝置52產生聚焦的電磁波進入到高速採樣探頭4，並產生電磁波回波信號；無線電波接收裝置53接收電磁波回波信號，該回波信號能夠使掃描基頻急劇升高和降低，從而產生時間極短的反映葉片2位移信號的反饋量信號；該反饋量信號傳送至採樣識別裝置54，通過採樣識別裝置54，來識別葉片2的轉動位移量；邊沿陡峭脈衝發生裝置55接收採樣識別裝置54識別的葉片2轉動位移量轉化成陡峭脈衝信號，陡峭脈衝信號經過採樣信號轉換裝置56轉化成矩形脈衝信號，矩形脈衝信號經過傳感器信號輸出裝置57輸出至外部將控制裝置上，從而實現了採樣傳感器的高速採樣。
[0052]在本發明中，無線電波發生裝置52、無線電波接收裝置53、採樣識別裝置54、邊沿陡峭脈衝發生裝置55、採樣信號轉換裝置56及傳感器信號輸出裝置57均為已知技術，作為本領域技術人員，可以選擇任意能夠實現該功能的裝置都可以製作成本發明所述的葉輪式流量計流量高速採樣傳感器。
[0053]根據該傳感器的工作原理，可將本發明設計成PCB板級電路，陶瓷基板厚膜電路，IC集成電路；這些實現方法儘管有所不同，在外形與指標上有著一些差別，完全可以根據在應用領域中的實際需要選擇實現方法。
[0054]流量計外殼3，可以根據實際應用場合選擇，金屬材料，塑料材料，或其他材料。
[0055]葉輪1，可選擇金屬材料；也可以選擇非金屬材料，僅要求葉片2微小的頂部有相關電磁波的反射材料，如銅箔，鋁箔或電鍍材料。
[0056]以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，包括葉輪式流量計及高速採樣傳感器，所述葉輪式流量計包括葉輪、葉片及流量計殼體，所述葉輪上含有兩個或以上的葉片，其特徵在於，所述高速採樣傳感器包括: 高速採樣探頭:所述高速採樣探頭可以根據葉輪式流量計基表的具體結構和指標要求，做出不同的結構形式，用以探測葉片位移信號； 傳感器控制器:所述傳感器控制器用於接收高速採樣探頭採集到到信號，並將採集到的信號進行處理； 所述高速採樣探頭與所述傳感器控制器連接。
2.根據權利要求1所述的葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，其特徵在於，所述傳感器控制器包括: 無線電波發生裝置:所述無線電波發生裝置的一端與所述高速採樣探頭相連接，所述無線電波發生裝置用以接收所述高速採樣探頭採集到的信號，產生聚焦的電磁波，將聚焦的電磁波通過高速採樣探頭髮射到所述葉片上，並產生電磁波回波信號； 無線電波接收裝置:所述無線電波接收裝置與所述無線電波發生裝置相連接，用以接收電磁波回波信號，該回波信號使掃描基頻急劇升高和降低，從而產生時間極短的反映葉片位移信號的反饋量信號； 採樣識別裝置:所述採樣 識別裝置與所述無線電波接收裝置相連接，用以接收無線電波接收裝置產生的反饋量信號，以便識別葉片的轉動位移量； 邊沿陡峭脈衝發生裝置:所述邊沿陡峭脈衝發生裝置與所述採樣識別裝置集成在一個模塊內，用以將採樣識別裝置識別的葉片轉動位移量轉化成陡峭脈衝信號； 採樣信號轉換裝置:所述採樣信號轉換裝置與所述邊沿陡峭脈衝發生裝置相連接，用以將邊沿陡峭脈衝發生裝置產生的陡峭脈衝信號轉化成矩形脈衝信號； 傳感器信號輸出裝置:所述傳感器信號輸出裝置與所述採樣信號轉換裝置相連接，用以將所述採樣信號轉換裝置轉換的矩形脈衝信號輸出至外部控制裝置上； 電源供電裝置:所述電源供電裝置分別與所述無線電波發生裝置、無線電波接收裝置、採樣識別裝置、邊沿陡峭脈衝發生裝置、採樣信號轉換裝置及傳感器信號輸出裝置相連接，用以給上述裝置供電。
3.根據權利要求1所述的葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，其特徵在於:所述高速採樣探頭包括引線、分層線圈、線圈支架及保護支架，所述分層線圈纏繞在所述線圈支架後，與所述引線相連接，所述保護支架位於所述線圈支架外部，用以保護所述分層線圈及線圈支架。
4.根據權利要求3所述的葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，其特徵在於:所述分層線圈為一層或以上。
5.根據權利要求3所述的葉輪式流量計流量高速採樣傳感器，其特徵在於:所述引線為兩條或以上。
【文檔編號】G01F1/05GK103604471SQ201310576991
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】譚慧勇, 郭勇, 譚吉來, 陳滌 申請人:山東大明勝開實業有限公司