超声波时差法测量

题目：超声波传输时差法的测量

姓名： .

学号： .

班级： .

同组成员： .

指导教师： .

日期： .

关键词：超声波流量计，时差法，换能器，脉冲

第一部分:摘要

1.中文摘要：

超声波用于气体和流体的流速有许多优点。和传统的机械式流量仪表，电磁式流量仪表相比它的计量精度高，对管径的适应性强，非接触流体，使用方便，易于数字化管理等。

近年来，由于电子计术的发展，电子元器件的成本大幅度下降，思潮申博流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。

根据其原理，研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了一定的探讨和研究：根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了相关了解。针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响。在多种测量原理及方法下，这里我们则采用的是多脉冲测量法的原理和应用。

当然，我们还要结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行详细的分析和设计，讨论器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了换能器发射和接收超声波的等效电路，当其换能器发射超声波时，相当于换能器给相应的计数环节给以上升沿脉冲使其开始计数，同理，当换能器接收超声波时也产生一个上升沿脉冲，来作用于相对应的计数器使其停止计数。

针对超声波流量计的工作环境，由于条件的限制，我们只能在普通环境下进行我们的课题设计。对造成超声波流量测量误差的各种因素我们也只能进行常规

的分析以及改进。

2.英文摘要：

The FV ultrasonic flowmeter is designed to measure the fluid velocity of liquid within a closed conduit.

The transducers are a non-contacting, clamp-on type, which will provide benefits of non-foulingoperation and easy installation.

The FV transit-time flowmeter utilizes two transducers that function as both ultrasonic transmitters and

receivers. The transducers are clamped on the outside of a closed pipe at a specific distance fromeach other. The transducers can be mounted in V-method where the sound transverses the pipe twice,or W-method where the sound transverses the pipe four times, or in Z-method where the transducersare mounted on opposite sides of the pipe and the sound crosses the pipe once. This selection of themounting method depends on pipe and liquid characteristics. The flow meter operates by

alternatelytransmitting and receiving a frequency modulated burst of sound energy between the two transducersand measuring the transit time that it takes for sound to travel between the two transducers. Thedifference in the transit time measured is directly and exactly related to the velocity of the liquid in the pipe.

第二部分：目录

1 设计任务和要求 (6)

1.1设计任务 (6)

1.2设计要求 (6)

2 系统设计 (6)

2.1系统要求 (6)

3 单元电路设计……………………………………………………………

3.1 单元电路A(单稳态触发电路) …………………………………

3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………

3.1.2电路仿真…………………………………………………………

3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………

3.2单元电路B(七段显示数码管电路) ………………………………

3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………

3.2.2电路仿真………………………………………………………

3.2.3元器件的选择及参数确定……………………………………………

4 系统仿真……………………………………………………………………

4. 1.原理方框图……………………………………………………

4. 2.系统工作原理……………………………………………………

5 电路安装、调试与测试……………………………………………………

5.1电路安装………………………………………………………………

5.2电路调试………………………………………………………………

5.3系统功能及性能测试…………………………………………………

5.3.1测试方法设计………………………………………………………

5.3.2测试结果及分析……………………………………………………

6 结论…………………………………………………………………………

7 参考文献……………………………………………………………………8总结、体会和建议

第三部分：

第一章：设计任务及要求

1.设计测量超声波正、向传输时间及传输时差的电子线路。

2.设计数码管显示电路，实时显示上述测量值。

3.给出有关器件的选型和参数整定依据。

4.分析并提出提高测量精度和分辨率的方法和措施。

5.画出系统详细的硬件接线图。

6.完成实验室仿真、模拟调试，实现主要功能要求。

7.完成设计说明书（含参考文献，器件型号及参数一览表）

8.答辩中能比较准确地回答所提出的问题。

9.加选项：完成流速的计算。

第二章：系统设计及要求

系统要求：设计测量超声波正、向传输时间及传输时差的电子线路。设计数码管显示电路，实时显示上述测量值。给出有关器件的选型和参数整定依据。分析并提出提高测量精度和分辨率的方法和措施。画出系统详细的硬件接线图。完成实验室仿真、模拟调试，实现主要功能要求。完成设计说明书（含参考文献，器件型号及参数一览表）。答辩中能比较准确地回答所提出的问题。加选项：完成流速的计算。

U

D

D

R

1

R

2

U

D D

D

TH

TR

C

R

OUT

555

定

时

器

地

R

第三章：单元电路设计

1.设计测量超声波正、向传输时间及传输时差的电子线路

555定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。

下图是一个555定时器应用

实例：晶体管简易测试仪。

将晶体管接入由555定时器及外接元件构成的振荡器，被测管放大输入的振荡信号,将输出送给扬声器。根据扬声器的发声，可对被测管性能进行定性的测试。若扬声器无声，说明管子已损坏；若扬声器声音小，则说明管子的β小；若扬声器声音大，则说明管子的β大。

多谐振荡器是555应用的基本电路，是指电路没有稳定状态(即方波发生器)，只有两个暂稳态，其功能是产生一定频率和幅度的矩形波信号，其输出状态不断在“1”和“0”之间变换。

在加电状态下，由于电容C 上电压不能突变，故555芯片处于置位状态，u 。=1，放电管TD 截止(7脚与地断开)，Vcc 通过R1，R2对电容C 进行充电，当uc 上升到时，

u0=0，TD 导通，电容C 端电压通过R2和放电管TD 对地进行放电，uc 下降。当uc 下降到时，u0又由0变为l ，TD 截止，Vcc 又经R1和R2对C 充电。如此重复上述过程，在输出端u0产生了连续的矩形脉冲。其中，R1，R2和C 是定时元件，它们决定了电路的充放电时间。 其中，Tl≈0．7(Rl+R2)C ，T2≈0．7R2C 。

555构成多谐振荡器工作可靠，调节方便，在信号产生、工业控制、电源变换、仿声等领域获得了广泛的应用，但其振荡频率不能太高，一般不超过几百千赫兹；且其频率稳定性较差，易受电源波动、温度变化等影响。

555定时器的功能 其功能如表

表1 555的功能表

输入 输出 VTH

VTR

OUT

放电

三极管T

图6.2 5G555管脚排列图

由555定时器构成的多谐振荡器的电路结构如图6.14(a)所示。

2) 工作原理

如图6.14（b ）所示，假定零时刻电容初始电压为零，零时刻接通电源后，

因电容两端电压不能突变， 则有U TH =

R

T U =U C =0＜DD

U

3

1

，OUT = “1”，放电管

截止，直流电源通过电阻R 1、 R 2向电容充电，电容电压开始上升,充电时间常数

τ=(R 1＋R 2)C ；当电容两端电压U C ≥DD

U

3

2

时，U TH =

R

T U =U C ≥DD

U

3

2

，那么输出

就由一种暂稳状态（OUT = “1”而放电管截止）自动返回另一种暂稳状态（OUT = “0”而放电管导通），由于充电电流从放电端D 入地，电容不再充电，反而通过电阻R 2和放电端D 向地放电，电容电压开始下降，放电时间常数τ=R 2C ；当

电容两端电压U C ≤DD

U

3

1

时，U TH =

R

T U =U C ≤DD

U

3

1

，那么输出就由OUT = “0”变

为OUT = “1”，同时放电管由导通变为截止；电源通过R 1、R 2重新向C 充电，

D d 0 导通 < VR1 < VR2 1 截止 < VR1 > VR2 不变 > VR1

> VR2

导通

84762

31

5

555R

OUT

U D D

u o

0.01 F

D

TH

TR

R 1

R 2

C

(a )

t 2

t 1

U D D o

o

t

t

U D D

U D D

31U D D 32(b )

图6.14 多谐振荡器及工作波形

重复上述过程。

3) 振荡周期

振荡周期T = 21t t +。

t 1代表充电时间（电容两端电压从DD

U

3

1

上升到DD

U

3

2

所需时间）

t 1≈0.7(R 1+R 2)C

t 2代表放电时间（电容两端电压从DD

U

3

2

下降到DD

U

3

1

所需时间）

t 2≈0.7R 2C

因而有 T =21t t +≈0.7 (R 1+2R 2) C

对于矩形波，除了用幅度、周期来衡量以外，还存在一个参数占空比q ，

q = T t P

t P ——脉宽。输出波形一个周期内高电平所占时间 T ——周期

故图6.13(a)所示电路输出矩形波的q = 2

1212

112R R R R t t t T

t P

++=

+=

这部分的设计是超声波的产生和接收的过程，在这里我们用单稳态触发电路模拟其超声波的发射和接收过程，来控制计数器。其电路图如下：

图1.1

图1.2

当换能器发射超声波时相当于此电路Q端输出如图1.2，发射时相当于产生一个上升沿脉冲让相应的顺流计数器计数，或是让其相对应的逆流计数器计数。当换能器接收超声波时也让其产生一个这样的上升沿脉冲来让其相对应的计数器停止计数。

2.设计数码管显示电路，实时显示上述测量值

七段数码显示管是计数器环节的重要部分，七段数码显示管记录了

顺流和逆流的时间，这样便能得到其时间差。其七段数码显示管电路图如下：

图2.1

上图是计数器，它由七段显示数码管、相应的电阻、4511译码管组成。

七段显示数码管显示的数字模拟的事顺流或逆流超声波穿过流体所用的时间或是和信号源相对应的高电平脉冲数。

3.给出有关器件的选型和参数整定依据

在《超声波传输时差的测量》课题中，我们用到的器件有：七段显示数码管、4511译码管、74ls161、555、jk触发器、74ls00、74ls04、电阻、电容、信号源等。

接下来详细来介绍部分重要器件：

A.七段显示数码管：

长度：20mm 宽度：14mm

市场价格：1元

B.4511译码管：

长度：18mm宽度：8mm

市场价格：2元

CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点如下：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。

其引脚图如下：

其功能介绍如下：

BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

DA、DB、DC、DD、为8421BCD码输入端。

OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG：为译码输出端，输出为高电平1有效。 CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

C.74ls161:

长度：19mm 宽度：8mm

市场价格：2.5元

74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能.

其引脚图如下图：

管脚图介绍：

时钟CP和四个数据输入端P0~P3

清零/MR

使能CEP，CET

置数PE

数据输出端Q0~Q3

以及进位输出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)

当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异

步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理应用计数器的清零功能和置数功能，一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。

D.555:

长度：10mm 宽度：8mm

市场价格：1元

E.74ls00：

长度：18mm宽度：8mm

市场价格：1元

74ls00 为四组 2 输入端与非门（正逻辑），共有 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00 四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如下：

型号t（PLH）t（PHL）P(D）5400/7400 11ns 7ns 40mW

54H00/74H00 5.9ns 6.2ns 90mW

54S00/74S00 3ns 3ns 75mW

54LS00/74LS00 9ns 10ns 9mW

引出端符号

1A－4A，1B－4B 输入端1Y－4Y 输出端

逻辑图

双列直插封装

极限值

电源电压………………………………………….7V输入电压54/7400、54/74H00、54/74S00…………….5.5V 54/74LS00……………………………………7V A－B 间电压除54/74LS00 外………………………………5.5V

功能表

Input Input Output

A B Y

L L H

L H H

H L H

H H L

F.74ls04:

长度：18mm 宽度：8mm

市场价格：1.5元

74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0，下面是芯片的管脚图

G.JK触发器：

长度：18mm 宽度：8mm

市场价格：3元

Jk触发器工作原理

1.CP=0时，触发器处于一个稳态。CP为0时，G3、G4被封锁，不论J、K 为何种状态，Q3、Q4均为1，另一方面,G12、G22也被CP封锁,因而由与或非门组成的触发器处于一个稳定状态，使输出Q、Q状态不变。

2.CP由0变1时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。设触发器原状态为Q=0，Q=1。当

CP由0变1时，有两个信号通道影响触发器的输出状态，一个是G12和G22打开，直接影响触发器的输出，另一个是G4和G3打开，再经G13和G23影响触发器的状态。前一个通道只经一级与门，而后一个通道则要经一级与非门和一级与门，显然CP的跳变经前者影响输出比经后者要快得多。在CP由0变1时，G22的输出首先由0变1，这时无论G23为何种状态（即无论J、K为何状态），都使Q仍为0。由于Q同时连接G12和G13的输入端，因此它们的输出均为0，使G11的输出Q=1，触发器的状态不变。CP由0变1后，打开G3和G4，为接收输入信号J、K作好准备。 3.CP 由1变0时触发器翻转设输入信号J=1、K=0，则Q3=0、Q4=1，G13和G23的输出均为0。当CP 下降沿到来时,G22的输出由1变0,则有Q=1，使G13输出为1，Q=0，触发器翻转。虽然CP变0后，G3、G4、G12和G22封锁，Q3=Q4=1，但由于与非门的延迟时间比与门长（在制造工艺上予以保证）,因此Q3和Q4这一新状态的稳定是在触发器翻转之后。由此可知,该触发器在CP下降沿触发翻转，CP一旦到0电平，则将触发器封锁，处于(1)所分析的情况。总之，该触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。

功能描述：

脉冲工作特性: 该触发器无一次变化现象，输入信号可在CP 触发沿由1变0时刻前加入。由图7.6.1可知，该电路要求J、K信号先于CP 信号触发沿传输到G3、G4的输出端,为此它们的加入时间至少应比CP 的触发沿提前一级与非门的延迟时间。这段时间称为建立时间test。输入信号在负跳变触发沿来

到后就不必保持，原因在于即使原来的J、K信号变化,还要经一级与非门的延迟才能传输到G3和G4的输出端,在此之前，触发器已由G12、G13、G22、G23的输出状态和触发器原先的状态决定翻转。所以这种触发器要求输入信号的维持时间极短，从而具有很高的抗干扰能力，且因缩短tCPH 可提高工作速度。从负跳变触发沿到触发器输出状态稳定，也需要一定的延迟时间tCPL。显然,该延迟时间应大于两级与或非门的延迟时间。即tCPL大于2.8tpd。

综上所述，对边沿JK 触发器归纳为以下几点： 1.边沿JK 触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能； 2.边沿JK 触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的负跳变沿发生； 3.由于接收输入信号的工作在CP下降沿前完成，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁，所以不存在一次变化的现象,抗干扰性能好，工作速度快。

其原理图如下：

4.分析并提出提高测量精度和分辨率的方法和措施

首先，是对其温度的控制来提高它的测量精度；其次，是在焊接过程中，对电路板进行有效的焊接；最后，确保接线与其相应的电路相对应，来确保其测量精度和分辨率。

5.画出系统详细的硬件接线图

声波时差计算剥蚀量

声波时差计算剥蚀量 其基本原理是：在正常压实的情况下，泥页岩的孔隙度随埋深的增大呈指数衰减，而在均匀分布的小孔隙的固结地层中，孔隙度与声波传播时间之间又存在着正比例的线性关系，因此声波时差与深度在半对数坐标系中为线性相关，并满足下列关系式： Δt=Δt0e-CH 式中，Δt：泥岩在深度H处的传播时间（μs/m); Δt0：外推至地表的传播时间（μs/m); C：正常压实趋势斜率（m-1）； H：埋深（m） 具体步骤如下：首先分别对间断面上下的泥页岩声波时差～埋深曲

线进行对数回归，得到两个回归方程，取埋藏深度为0，并依据间断面之上的埋深－声波时差关系回归方程，求算出地表的声波时差值Δt0；而后将Δt0值代入间断面之下的埋深－声波时差回归方程，得到剥蚀前的地表相对于现今地表的深度（或高度），其与间断面深度的差值即为剥蚀厚度（图4-7） 发表于: 2009-03-31 20:53 只看该作者| 小中大 Δt0的理论值为620～650 μs/m,某一地区的Δt0值可根据该地区多口井正常压实曲线外推至地表平均求得。 在地层有剥蚀的地区，当不整合面以上沉积物的厚度小于剥蚀厚度时,

剥蚀前泥岩的压实情况得以保存。这时，将不整合面以下泥岩的压实趋势线外延至Δt =Δt0处即为古地表,古地表与不整合面之间的距离即为剥蚀厚度（见上图）。 简单点：就是把深度H与声波时差Δt拟合出一公式，应为H = A* Ln(Δt ) +B。其中A、B有拟合公式可以得到，当Δt =Δt0=620～6 50 或者研究区外推出来的已知值。这时H即为所求。 这个方法有一定的适用条件：可有效地用于剥蚀量较大而埋藏较浅的不整合面的剥蚀厚度估算，不整合面以上沉积物的厚度必须小于剥蚀厚度。然而，在地层埋藏达到一定深度时，由标准指数关系所计算得出的声波测量值与实测值有偏差。说明这种方法对剥蚀量不大或被剥蚀层段成岩程度不高的地区适用性较差。 沉积物在沉积、埋藏过程中，孔隙度随埋深的增大呈指数减小，又因为在具有均匀分布的小孔隙的固结地层中，孔隙度与传播时间之间存在着正比例线性关系, 因而泥页岩在正常压实情况下的声波时差－深度关系式 Δt=Δt0e-CH 式中，Δt：泥页岩在深度H处的传播时间(μs/m), Δt0：外推至地表的传播时间(μs/m) C：正常压实趋势斜率(m-1)

第八章声波测井

第八章声波测井 声波测井的物理基础 1．名词解释： (1)滑行波： (2)周波跳跃： (3)stoneley 波： (4)伪瑞利波： (5)声耦合率： (6)相速度： (7)声阻抗： (8)群速度： (9)频散： (10)衰减： (儿)截止频率： (12)声压： (13)模式波： (14)泊松比： (15)第一临界角： (16)第二临界角： 2．说明弹性系数K 和切变弹性系数μ的意义。他们与杨氏模量E 及泊松比σ有怎样 的关系? 3．介质质点弹性机械振动的过程是 的外力作用下， 与 的互相交替作用的过程，而声波传播，则是这种过程作用于 使之 的过程。 4．声波是介质质点的 振动在介质中的传播过程。声纵波是 变波，横波是 变波，它们均与此物理量(介质的) 有关。 5．某灰岩的V p =5500m/s ，密度ρb =2。73g ／cm 3，横波速度V s 按V p =1.73V 。给出。试 求杨氏模量E ，泊松比σ，体弹性模量K ，切变弹性模量μ及拉梅常数λ。 6．声纵波的质点振动方向与能量传播方向 ，它可在 态介质中传播；声横波的质点振动方向与能量传播方向 ，它能在 态介质中传达播，但不能在 态介质中传播。 7．声纵波的速度为p V =；声横波的速度为s V =故V P /V S = 。根据岩石的泊松比为0.155—0.4，于是V p /V s ；= 。这表明在岩石中，V p V S ，所以在声波测井记录上， 波总先于 波出现。 8．在 相介质中，由于μ=0，即 切应力，故 。 9．瑞利(Rayleigh)波发生在钻井的 界面上，其速度v R 很接近V S ，约为 ，此波随离开界面距离的加大而迅速 ；斯通利（Stoneley ）波产生在 中，并在泥浆中传播，它以低 和低 形式传传播，其速度 于泥浆的声速。 10．到达接收器的各声波中，全反射波因路径处在 中，波速 ，直达波行程 ，但波速 ，滑行波行程 但波速 。故以 波最早到达接收器。

超声波时差法测量

题目：超声波传输时差法的测量 姓名： . 学号： . 班级： . 同组成员： . 指导教师： . 日期： .

关键词：超声波流量计，时差法，换能器，脉冲 第一部分:摘要 1.中文摘要： 超声波用于气体和流体的流速有许多优点。和传统的机械式流量仪表，电磁式流量仪表相比它的计量精度高，对管径的适应性强，非接触流体，使用方便，易于数字化管理等。 近年来，由于电子计术的发展，电子元器件的成本大幅度下降，思潮申博流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。 根据其原理，研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了一定的探讨和研究：根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了相关了解。针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响。在多种测量原理及方法下，这里我们则采用的是多脉冲测量法的原理和应用。 当然，我们还要结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行详细的分析和设计，讨论器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了换能器发射和接收超声波的等效电路，当其换能器发射超声波时，相当于换能器给相应的计数环节给以上升沿脉冲使其开始计数，同理，当换能器接收超声波时也产生一个上升沿脉冲，来作用于相对应的计数器使其停止计数。 针对超声波流量计的工作环境，由于条件的限制，我们只能在普通环境下进行我们的课题设计。对造成超声波流量测量误差的各种因素我们也只能进行常规

的分析以及改进。 2.英文摘要： The FV ultrasonic flowmeter is designed to measure the fluid velocity of liquid within a closed conduit. The transducers are a non-contacting, clamp-on type, which will provide benefits of non-foulingoperation and easy installation. The FV transit-time flowmeter utilizes two transducers that function as both ultrasonic transmitters and receivers. The transducers are clamped on the outside of a closed pipe at a specific distance fromeach other. The transducers can be mounted in V-method where the sound transverses the pipe twice,or W-method where the sound transverses the pipe four times, or in Z-method where the transducersare mounted on opposite sides of the pipe and the sound crosses the pipe once. This selection of themounting method depends on pipe and liquid characteristics. The flow meter operates by

[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法

[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波 衍射时差法 摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。 关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究 TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-01 1 TOFD检测中的参数设置的重要性 TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。 脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。

其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。 如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。若PRF设置不当时将采集到空白A扫。 阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。 感抗damping项的单位是欧。知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。 在选择高低通滤波器频率时，推荐滤波器带通宽度的最小范围是0.5到2倍的探头中心频率。选择信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比，设置时间窗口覆盖A扫的有用部分，以便数字化。

时差法超声波流量计

时差法超声波流量计

1 引言 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。 2 超声波流量计分类 根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为多普勒法、波束偏移法、噪声发、相关法等。 2.1 多普勒法 多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。其工作原理如图1所示。 图1 多普勒法工作原理图 Fig.1 Theory of Doppler approach 管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为0f 的连续超声波。根据多普勒效应，在中间相交区的频率为1f ，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为 2f ，当粒子流速均为u 时，其关系为： )sin 21()sin 1()sin 1(02012C u f C u f C u f f β ββ-≈-=- = (1) β sin 2)(020f C f f u -= (2) 多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。 2.2 波束偏移法 波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。其测量原理如图2所示。

图2 波束偏移法原理图 Fig.2 Theory of beam-excursion approach 流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。 3 时差法原理 3.1 时差法 时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。基本原理如图3所示。 图3 时差法工作原理图 Fig.3 Theory of transit-time method 超声波换能器A 、B 是一对可轮流发射或接收超声波脉冲的换能器。设超声波信号在被测流体中的速度为C ，顺流从A 到B 时间为1t ，逆流从B 到A 时间为2t ，外界传输延迟总时间为0t 。则由几何关系可知 01sin cos /t v C d t ++= θ θ (3) 02sin cos /t v C d t +-= θ θ (4) 由于2 C >> θ2 2 sin v ,则

用时差法测量超声声速

用超声波流量计测量超声声速 姓名：田田班级：网络（2）班学号：090602231 摘要：在大学物理实验里，我们学习了用共振干涉法和相位比较法测量超声声速，但在工程中运用的是更为精确的时差法测量超声声速。在此，我们可以使用超声波流量计进行测量。超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。 关键字：时差法，超声声速，超声波流量计 Use ultrasound flowmeter measurement ultrasonic velocity Name:TianTian class: network (2) class student id: 090602231 Abstract:in university physics experiment, we studied the use is also called the resonant interfering method and phase comparison ultrasonic velocity measurement, but in engineering is the use of more precise time difference method for measuring the ultrasonic velocity. Here, we can use the ultrasonic flowmeter measurements. Ultrasonic flowmeter is through testing the fluid flow of ultrasonic beam (or ultrasonic pulse) role to measure flow meter. According to the principle of signal detection ultrasound flowmeter can be divided into velocity differential method (direct time difference method, the method of time difference, the method of phase difference and frequency offset method), beam migration method, doppler method, cross-correlation method, space filter method and noise method, etc. Ultrasonic flowmeter and electromagnetic flowmeter is same, because instrument circulation channel not set any block up pieces, belong to the unimpeded flowmeter is suitable for solving the flow measurement

利用声波时差资料研究异常压力

利用声波时差资料研究异常压力 目前，在国内外石油钻探、尤其是钻探深部地层时，用测井资料估算地层压力得到了广泛使用。众多研究表明，声波测井较密度测井、电阻率测井等受井眼、地层条件等环境影响较小，而且各油田声波测井资料齐全易收集。选用时差资料计算地层压力具有代表性和普遍性，可比性也强。尤其是泥岩相对于砂岩受岩性变化影响小，抗压能力弱，能真实地反映所处部位的地层压力大小。 （1）建立正常压实趋势线方程 在单对数坐标系中，正常泥岩压实段的声波时差随深度的增加呈线性减小，表现为一条直线；当出现异常压力时，声波时差会偏离正常趋势线，表现为异常值。 通过读取~~地区……口井的泥岩声波时差，我们选取典型井的正常压实段的声波资料，通过线性回归建立了研究区泥岩声波时差与埋深的关系方程： H=-2460.6ln （△t ）+16524 （1）， 相关系数：R 2=0.8611 式中：H ――地层埋深，m ； △t ――泥岩声波时差，us/m 。 求解公式（1）的反函数得： ln （△t ）＝6.715435-0.00041H （2）， 即为该地区正常压实趋势线方程。 （2）孔隙流体压力的计算 在正常压实带，孔隙流体压力就是静水压力，其表达式为：w p H γ=* （3） 式中：p ——地层流体压力，Kg/cm 2；γw ——地层水密度，Kg/cm 2.m ； H ——地层埋深，m 。 在欠压实带中，根据等效深度法原理，可用Magara （1978）介绍的公式计算地层流体压力：()w bw p H H He γγ=*+- （4） 式中：γbw ――上覆岩层的平均密度，Kg/cm 2.m ； He ——孔隙度与H 处相当的正常压实直线上对应点的深度，m 。 正常压实带的深度－时差关系式如公式（2）所示，重新整理得：

时差法超声波流量计_2006_硕士论文-

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被供水、石油、化工、电力等部门广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。 本论文通过充分调研及查阅大量的文献资料，选择时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究，并设计了具体的硬件电路，主要工作及创新有： 1.研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式； 2.针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响；介绍了几种常用提高超声波测时精度方法的同时，讨论并采用了超声波时差测量的新方法——多脉冲测量法的原理和应用； 3.结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行了详细的分析和设计，讨论了器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了匹配性能良好的发射、接收电路；在信号调理上，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路来提高信号的可靠性；而且，采用主从单片机协同工作的方式，提高了系统的稳定性；在软件方面，给出了系统的软件流程图并较详细地叙述了算法的实现； 4.针对流量计的工作环境，对流量计系统的抗干扰性进行了研究，并采取了相应的软、硬件措施； 5.对造成超声波流量测量误差的各种因素进行了详细的分析、研究，并应用误差理论，对时差法超声波流量计的各种可能的误差进行了误差分配和合成；对硬件电路和软件进行了试验性的验证，给出了实验结果。 关键词：超声波流量计，时差法，传播时间

超声波时差法原理介绍

时差法超声波流量计的原理和设计 王润田 1 引言 超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。作为普及，我们将陆续撰写一些专题文章，来介绍一些相关知识，以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。本文主要介绍目前最为常用的测量方法：时差法超声波流量计的原理和设计。 2 时差法超声波流量计的原理 时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。 图1 时差法超声波流量测量原理示意图 图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：

式中X是两个换能器在管线方向上的间距。 为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。即：

图2 超声波流量计的电原理框图 4 结语 时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。无论何种安装方式其原理大同小异。比如介入式就是取上面公式中的θ=0。 超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法：多卜勒频移法、相位差法和相关法等等，各有优缺点，可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。 随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高，我们相信，超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。 参考文献：

超声波流量计的测量原理

超声波流量计的测量原理 超声波流量计 超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，近20多年发展迅速，已成为流量测量仪表中一种不可缺少的仪表。尤其在大管径管道流量测量，含有固体颗粒的两相流的流量测量，对腐蚀性介质和易燃易爆介质的流量侧量，河流和水渠等敞开渠道的流量及非充满水管的流量测量等方面，与其他测量方法相比，具有明显的优点。 超声波流量计的测量原理 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量的。电磁流量计超声波在流体中传播时，将载上流体流速的信息。因此，通过接收到的超声波，就可以检测出被测流体的流速，再换算成流量，从而实现测量流量的目的。 利用超声波测量流且的方法很多。根据对信号检测的方式，大致可分为传播速度法、多普勒法、相关法、波束偏移法等。在工业生产测量中应用传播速度法最为普遍。 1.传播速度法 根据在流动流体中超声波顺流与逆流传播速度的视差与被测流体流速有关的原理，检测出流体流速的方法，称为传播速度法。很据具体测最参数的不同，又可分为时差法、相差法和频差法。 传播速度法的基本原理如图2.59所示。远传式水表从两个作为发射器的超声换能器T, , T,发出两束超声波脉冲。各自达到下、上游两个作为接收器的超声换能器R，和RZ。设流体静止时超声波声速为C，发射器与接收器的间距为L。则当流体速度为时，顺流的传播时间为式中，L, C均为常量，所以只要能测得时差At，就可得到流体流速。，进而求得流最p。这就是时差法。 时差法存在两方面间题:一是计算公式中包括有声速C，可拆卸螺翼式水表它受流体成分、沮度影响较大，从而给测量带来误差;另一是顺、逆传播时差At的数量级很小(约为10-’一10"9s),测量Lt，过去需用复杂的电子线路才能实现。 相差法是通过测量上述两超声波信号的相位差△lp来代替测量时间差6r的方法。如图2.61，设顺流方向声波信号的相位为9).二“:;逆流方向声波信号的相位为T2 =则结合式(2.56)可得逆、顺流信号的相位差为式中。—声波信号的角频率。 此方法可通过提高。来取得较大的相位差乙甲，滴水计数水表从而可提高测量精度。但此方法仍然没有解决计算公式中包含声速C的影响。 频差法是通过测量顺流和逆流时超声波脉冲的重复频率差来测量流量的方法。该方法是将发射器发射的超声波脉冲信号，经接受器接受并放大后，再次切换到发射器重新发射，形成“回鸣”，并如此重复进行。由于超声波脉冲信号是在发射器一流体一接收器一放大电路一发射器系统内循环的，故此法又称为声还法。脉冲在生还系统中一个来回所需时间的倒数称为声还频率(即重复频率)，它的周

衍射波时差法超声检测技术(TOFD).

衍射波时差法超声检测技术(TOFD 王庆军 大连西太平洋石油化工有限公司 116600 简介:本文简要介绍了工业发达国家正在兴起和应用的TOFD技术的起源,原理,优缺点,标准规定和在实际产品订货中节约的费用和时间。 主题词:TOFD起源原理优缺点相关费用 1. 衍射波时差法检测技术(TOFD的起源 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique检测技术是在1977年,由Silk根据超声波衍射现象提出来,意大利AEA sonovatiion公司在TOFD应用方面,已经有15年历史,此技术首先是应用于核工业设备在役检验,现在在核电,建筑,化工,石化,长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用,TOFD技术的成本是脉冲回声技术的 1/10。现在,TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题,现在已经开始推广应用,经过几年以后,将有取代RT趋势的可能。 2. TOFD原理及系统组成 2.1 TOFD原理是当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时,将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波,探头探测到衍射波,可以判定缺陷的大小和深度。 TOFD原理 当超声波在存在缺陷的线性不连续处,如裂纹等处出现传播障碍时,在裂纹端点处除了正常反射波以外,还要发生衍射现象。衍射能量在很大的角度范围内放射出并且假定此能量起源于裂纹末端(图1。这与依赖于间断反射能量总和的常规超声波形成一个显著的对比。 图1

1 =发射波 2 =反射波 3 =穿透波 4 =顶部裂纹端衍射波 5 =底部裂纹端衍射波 除了发现由缺陷衍射的能量变化以外,TOFD方法也探测到一个直接穿过两个探针的表面(横向波和达到试块底部(测试对面没有受到缺陷干涉的底部反射波(图1中的注1和4。 图. 2 1- 横向波 2 - 顶部裂纹端衍射波 3 - 底部裂纹端衍射波 4- 对面器壁反射波 这种现象的研究产生了用于下列应用衍射波时差法无损检测方法: ■探伤检验因为来自于缺陷范围的信号可记录。 ■裂纹定尺寸因为衍射波分离的空间(或时间与裂纹高度直接相关。 用一对发射接受配对的单探头组(见图2的TOFD技术,通常应用的纵向探头的入射角是450~ 700,通过接受探头接受衍射信号,同时根据超声系统来评估B-扫描图像。 图. 3 裂纹定位原理图 图. 4

影响超声波流量计(热量表)测量精度的主要因素

淮安嘉可自动化仪表有限公司 影响超声波流量计（热量表）测量精度的主要因素 1、上下游直管段的影响 由于时差式超声波流量计标定系数K值是雷诺数函数，所以当流体从层流过渡到紊流时，其流速分布不均匀，标定系数K值将产生较大的变化，从而影响测量准确度。根据设计要求换能器应安装在上游直管段为10倍管径、下游直管段5倍管径的位置，对于上游存在泵、阀等设备时，需要按照“距离紊流、震动、热源、噪声和射线源越远越好”的要求做，换能器应安装在上游直管段30倍管径以上的位置。直管段长度是保证时差式超声波流量计测量准确度的重要因素之一。 2、安装管道参数设置的影响 根据时差式超声波流量计流量计量公式q v=（π/4）D2v，（q v瞬时流量，D管道直径，V流体流速m/s）当管道材质及尺寸设置与实际管道尺寸不符时，将使理论管道流通截面积与实际管道流通截面积产生误差，导致计算结果不准确。换能器的安装距离是根据流体性质、管道材质、内外管径、安装方式等参数综合运算的结果。据有关资料介绍，如果管道内径误差±1%，则引起约±3%的流量误差。如果安装距离误差±1 mm将产生±1.5%以内的流量误差。由此可见，只有正确设置管道参数，换能器才能安装正确。因此，管道参数设置的准确性直接影响着时差式超声波流量计测量准确度。

淮安嘉可自动化仪表有限公司 3、换能器安装的影响 时差法超声波流量计测量器件换能器声波的传输分为直线式和反射式，反射式按安装方式又有V式、Z式、W式，可根据管径、所测流体性质，有无管衬以及现场安装条件进行选择。另外换能器必须安装在与管线正切的方向，否则会影响声波的发射和接收，进而影响时差法超声波流量计的测量准确度。 4、被测流体含气量的影响 不溶气体具有非常低的声阻抗，可能造成声束分散，含气量大时，将减弱声波信号强度，因此被测流体含气量对超声波流量计测量数据有很大影响。在实际供热生产中，所有热量表安装的外部条件匀已很好地满足设计要求，但当锅炉出水温度低于80℃时，热量表工作正常，当锅炉出水温度高于80℃时，管道内会有细小的气泡产生，在闭环的锅炉系统中，这些气泡使终裹挟在流体里，从而影响时差法超声波流量计测量准确度，造成热量值的误差，影响热量调节工作。 要想消除这些气泡，可以在锅炉出口安装一个大于出口管径的聚气装置，加长流量计上游的直管段距离，还可以采取安装紊流装置的设施，以减少和消除被测介质内的含气量，保证热量表的测量准确性。5、耦合剂的影响 为了保证换能器能够与管道充分接触，安装换能器时需要在管道表面均匀地涂一层耦合剂，一般厚度为1mm，并将耦合剂内的气泡和颗粒挤出去，换能器的发射面应紧密地贴在管壁上。

大功率河道超声波时差法流量计

大功率河道超声波时差法流量计 超声波多声道—时差法 天津市求精科技发展有限公司 https://www.wendangku.net/doc/403377949.html,

目录 第一章概述------------------------------------------2 第二章性能指标--------------------------------------4 第三章主要技术参数----------------------------------4 第四章传感器安装方式--------------------------------7 第五章数据输入输出接口协议-----------------------10 第六章主机结构尺寸---------------------------------15 第七章产品定制服务---------------------------------15

第一章概述 随着超声波测量技术发展,速度面积法超声波流量计在渠道的流量测量中获得广泛应用,与传统的堰槽法相比,采用速度面积法测量时的水位和流速变化范围要大的多,准确度和稳定性也明显好于堰槽法,因此具备比较规范的渠道的流量测量首选速度面积法超声波流量计。 从超声波测量原理来讲，时差法适合测量纯净和杂质比较少的液体，如自来水，江河海水，污水处理厂出水等。多普勒法适合测量杂质含量比较多的液体和浆体，如城市排水，泥浆，矿浆等。从本公司多年实践经验来看，两种测量方式针对所测量介质的杂质含量定量指标比较模糊，主要原因是目前还没有测量液体杂质含量的有效仪器仪表。 本公司为保证客户测量准确性稳定性,在水质不确定情况下免费为客户互换时差法和多普勒法传感器直至达到客户满意的测量结果。 由于渠道的流速分布随水位变化，建议： 水位1000—2000mm安装2或3声道传感器 水位2000mm以上安装4或5声道传感器 雷达式非接触测量是最新国际先进测量技术,安装使用十分方便,测量稳定可靠,与超声波测量相比雷达式测量的是水流表面流速,按照水利学的流速分布理论进行计算,与超声波多声道测量相比测量精度略低。

时差法超声波流量计的原理和设计

88 概述 流量计包括机械式和非机械式两大类，机械式又分为旋翼式、螺翼式、涡轮式等，非机械式可分为超声波式、电磁式、涡街式等几类。机械式流量计由于成本较低得到了普遍应用，但是管路中的杂质、水垢容易造成运行数据不准，堵塞等现象，虽然加装滤网和磁性过滤器可以滤除较大颗粒杂质及磁性物质，但是仍有微粒杂质无法滤除，一定累积后会影响计量精度，严重的造成堵塞。 超声波流量计主要用于气体、液体和蒸汽的体积流量测量，在冶金、化工、食品加工、标准计量等领域有着广泛的应用，和传统的机械式流量计相比，它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。 超声波流量测量原理 当超声波在流动的媒质中传播时，相对于固定的管道管壁而言，超声的传播速度与在静止媒质中的传播速度是不同的，其变化值与媒质流速有关。通过测量流动媒质中超声传播速度的变化，可以测量出流体的流速，由流速可以得出流量。 利用超声波测量流量大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。超声波流量测量时，测量声传播路径上的介质流动线平均流速，并通过与修正系数相乘转换为管道截面上的面平均流速，从而可以用截面积和面平均流速的乘积计算瞬时流量。声道长度与传播时间的测量是超声波流量测量的两个最关键的因素。 波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。 多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散 时差法超声波流量计的原理和设计 □ 济南热电有限公司 邹蓬 □ 中国石油大学胜利学院 吕传玉 李凤名 摘要 关键词 本文在分析了超声波流量计各种测量方法的测量原理和特点的基础上详细介绍了时差法超声波流量计的原理、结构和特点，设计了具体的实现过程，最后给出了使用时需要注意的事项，以推广和普及超声波流量计量技术。 超声波流量计；时差法；原理；设计实现 射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，多普勒效应法需要流体中含有反射物质，适用于含悬浮颗粒、气泡等两相流体流量测量。 相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器材价格贵，线路比较复杂。 噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。 直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速的，统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用，本文详细介绍时差法。 时差法超声流量原理是通过测量随超声波传播速度而变化的 逆流与顺流的时间差 △t 来确定被测流体的流速的超声流量计，时间差 △t 与流速成正比关系，其比例系数称流量修正系数。如今时差法超声流量计已成熟，它具有准确度高和可靠性好的特点。 时差法超声波流量计的原理 时差法实际上是将超声波传播速度和液体流速进行矢量叠加为基础的。可简单比喻为在河流上渡船摆渡的过程。虽然顺流和逆流时渡船自身的速度是一样的，但由于受水流速度的影响，顺流时渡船到达对岸所需的时间要比逆流的少，流速越大，顺流的速度越快，而逆流所需的时间越长。顺流和逆流的时间差与流速成正比。 时差法超声波流量计其工作原理如图1所示。它是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。

单通道时差法超声流量计研发(硬件)【文献综述】

毕业设计文献综述 电气工程与自动化 单通道时差法超声流量计研发(硬件）超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。利用超声波测定流速、流量的技术不仅应用在工业生产方面，而且在医疗、海洋观测及各种计量测试中都有着广泛的应用。1955年，世界上第一台超声波流量计在美国诞生，它使用的技术就是“鸣环”时差测量法，用于航空燃料油流量的测量。 20世纪70年代中后期，基于大规模集成电路技术的飞速发展，使得超声波流量计的稳定性和可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法。同一时期，前苏联科技工作者提出了流量修正系数及其理想状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来。 进入80年代中期，超声波流量计的实现方法已不仅仅局限于时差法和频差法两种方法，由于电子技术及其相关理论的飞速发展，超声波流量计的种类越来越多，又出现了射束位移法、多普勒法、相关法及噪声法等。到了80年代中后期，单片机技术的应用使超声波流量计向高性能、智能化方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波流量计的测量精度，而且还能够设计出友好的人机界面，使系统具有参数设置、自动检错排错功能以及其他一些辅助功能，大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声波流量计中的应用，使超声波流量计开始真正进入工业测量领域。 最近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步，新型探头材料与工艺的研究、声道配置及流体动力学的研究，超声波流量测量技术取得了长足的进步，形成了迅猛发展的势头。 超声波流量计在工业中的应用包括气体、液体以及固体物质流量的测量，其测量范围对大多数液相介质而言，流速从每秒几厘米到每秒十几米，管径从小于1厘米到几米，工作温度从低温(如液态氧、液化天然气)到上千度的高温，允许工作压力从接近真空到几百个大气压，其响应时间从几个毫秒(引擎控制)到24小时(监控管道流量)，在医学上

时差法超声波流量计和超声波水表在水计量行业的应用

时差法超声波流量计和超声波水表在水计量行业的应用 关键词：时差法超声波流量计多普勒超声波流量计超声波水表 超声波是指人耳呼不见的声波，人耳的听觉范围是20Hz~20000Hz的声波是超声波，低于20Hz的声波称为次声波。 超声波水位计是利用超声在不同介质中的传播特性差异将换能器安装在水下（或水上），通过发射、接受进行水位测量。 封密满管道中的水流速或流量的测量，当超声波在流量的媒质中传播时，相对于固定的坐标系统（如管道的管壁）而言，这时超声波的传播速度与静止媒质中的传播速度是不同的，其奕化值与流速有关，这样通过测量流动媒质中超声传播速度的变化就可以测定媒质的流速或流量，这就是超声测流速或流量的基本原理，依据测量流量媒质中超声传播速度的方法，主要可分为时差法、相位差法、频率差法、超声束位移法以及多普勒效应法等。以时差法和多普勒效应法最为常用。 1、时差法超声波流量计和超声波水表： 超声波流量计主要由流量计表体、超声波换能器及其安装部件和信号处理单元组成，对于现场插入式和外夹流量计，插入式流量计的换能器直接与被测流体接触，外夹式流量计的换能器通过耦合剂紧密安装在管道壁外。 对于外夹式（便携式）超声波流量计，在实施管道流量测量时，其换能器根据管道条件可采取不同的安装方式，一般采用直接透射法和反射法。 利用时差法进行管道液体流量计量时，所测介质应为充满密闭满管道的自来水，工农业用水，其它给排水，或其它单相的液体，不能使用于测量悬浮颗粒和气泡超过一定范围的液体。 2、多普勒超声波流量计： 多普勒超声波流量计一般是适用于含有固体悬浮物和气泡的液体流量测量，如未处理的污水，含气泡量不高的曝气处理后的液体，一般不用于清洁液体，除非液体中引人散射体或扰动程度达到能获得反射信号。多普勒超声波流量计就是利用多普勒效尖进行流量测量。 上海森逸智能仪器有限公司—技术部

超声波衍射时差法(带翻译)

国外超声波检测衍射时差法（带翻译） Time-of-flight diffraction (TOFD) The Time of Flight Diffraction (TOFD) ultrasonic testing method is relatively new and was first developed at Harwell laboratory in the late1977's by Maurice Silk. TOFD testing has been gaining in profile over the last three or four years with much interest focussing on whether or not it can be used to replace more established NDT methods. Recent survey shows that the annual average growth rate (AAGR) of the TOFD market is 10-20% higher than other NDT technique. The TOFD method is gaining and increasing popularity because of its high probability of detection, low false call rate, portability and most important its intrinsic accuracy in flaw sizing, especially in depth. There is another NDT method called radiography testing (RT/ X-ray) usually employed for flaw sizing. It should be noted that RT/X-ray technique shows better accuracy for lateral flaw sizing but it demonstrates insufficient accuracy in depth assessment. As the standards for radiation safety become tighter by the new European law, many NDT companies are trying to substitute X-ray technique by TOFD technique for cost effectiveness and mostly for safety and environment protection reasons. 1 Theory and Principles The most significant distinction between TOFD and the other UT methods is that it monitors only forward-scattered diffracted energies from the tips of defects rather than reflected ultrasonic energies. Two wide beam angle probes are used in transmitter-receiver mode. Broad beam probes are used so that the entire crack area is flooded with ultrasound and, consequently, the entire volume is inspected using a single scan pass along the inspection line. Because the technique relies on detection of the forward scattered diffracted signals originating at the flaw edges, precise measurement of flaw size, location, and orientation is possible. Mr. Udo Schlengermann was one of the creators of the TOFD prestandard ENV583 and was also involved in the development of the British standard BS7709.The principle of the TOFD techniques according to that report mention in the below: The TOFD method only evaluates diffracted echoes, which are 20dB less than the reflected echoes. ●Diffracted waves have a different velocity than reflected longitudinal waves. ●Diffraction is stronger for longitudinal waves than for shear waves. ●The standard is the use of longitudinal probes, 50 to 70 degree, small crystal, with widely spread sound beam to cover the whole defect. ●The two diffracted signals of the crack tip are generated with a 180-degree phase shift. The distance between the two signals on the time scale is nonlinear. ●TOFD always uses RF signals to display images, (minus = black, plus = white),