流量監(jiān)測是生產(chǎn)制造過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)之一，流量監(jiān)測的精度直接影響現(xiàn)場工藝能否高效運行。隨著電子技術的發(fā)展，各種原理的流量計的日益增多，測量的精度也不斷提高，基于超聲波信號的檢測方法逐漸演變?yōu)榱髁繖z測技術的重要發(fā)展方向。在眾多的超聲波流量檢測技術中，超聲波多普勒流量計脫穎而出。其優(yōu)勢：整個系統(tǒng)中無運動部件，安裝拆卸簡便、不影響現(xiàn)場工藝流程。使用過程中不受管道尺寸的限制，應用范圍廣泛。
在利用多普勒原理進行流量檢測時，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在管道外側(cè)對稱安裝一對超聲波換能器，換能器與管道的夾角為θ1和θ2，通常情況下θ1=θ2=45°。在檢測過程中用于發(fā)射的換能器連續(xù)發(fā)射固定頻率的超聲波信號，超聲波信號進入管道內(nèi)流體介質(zhì)會發(fā)生大量反射和部分折射信號波，大量的反射信號波被用于接收的換能器接收，通過檢測接收換能器接收的超聲波回波信號的頻率與發(fā)射換能器發(fā)射的固定頻率進行比較，得到多普勒頻移，從而實現(xiàn)流體流量的檢測。
超聲波多普勒流量計硬件框圖如圖2所示。該系統(tǒng)主要由電源模塊、MK60主控模塊、信號處理模塊以及人機交互模塊和通信輸出模塊組成。本設計選取ARM內(nèi)核的MK60系列單片機作為主控模塊CPU，實現(xiàn)各個模塊之間的通信以及檢測數(shù)據(jù)的處理工作。文本主要介紹信號處理模塊。該模塊主要包括超聲波信號的發(fā)射與接收以及超聲波回波信號的濾波與放大。
超聲波多普勒流量計采用的發(fā)射與接收換能器，其中心頻率為1MHz。MK60主控模塊通過控制發(fā)射電路驅(qū)動超聲波換能器發(fā)射1MHz的連續(xù)方波信號，連續(xù)方波信號經(jīng)過管道中的被測介質(zhì)反射到超聲波接收換能器，最后把經(jīng)處理的頻移信號返回主控模塊進行后續(xù)流速和流量的計算。
