流量監(jiān)測(cè)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(cè)的精度直接影響現(xiàn)場(chǎng)工藝能否高效運(yùn)行。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種原理的流量計(jì)的日益增多，測(cè)量的精度也不斷提高，基于超聲波信號(hào)的檢測(cè)方法逐漸演變?yōu)榱髁繖z測(cè)技術(shù)的重要發(fā)展方向。在眾多的超聲波流量檢測(cè)技術(shù)中，超聲波多普勒流量計(jì)脫穎而出。其優(yōu)勢(shì)：整個(gè)系統(tǒng)中無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，安裝拆卸簡(jiǎn)便、不影響現(xiàn)場(chǎng)工藝流程。使用過程中不受管道尺寸的限制，應(yīng)用范圍廣泛。
在利用多普勒原理進(jìn)行流量檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，在管道外側(cè)對(duì)稱安裝一對(duì)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(cè)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(hào)，超聲波信號(hào)進(jìn)入管道內(nèi)流體介質(zhì)會(huì)發(fā)生大量反射和部分折射信號(hào)波，大量的反射信號(hào)波被用于接收的換能器接收，通過檢測(cè)接收換能器接收的超聲波回波信號(hào)的頻率與發(fā)射換能器發(fā)射的固定頻率進(jìn)行比較，得到多普勒頻移，從而實(shí)現(xiàn)流體流量的檢測(cè)。
超聲波多普勒流量計(jì)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(hào)處理模塊以及人機(jī)交互模塊和通信輸出模塊組成。本設(shè)計(jì)選取ARM內(nèi)核的MK60系列單片機(jī)作為主控模塊CPU，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的通信以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理工作。文本主要介紹信號(hào)處理模塊。該模塊主要包括超聲波信號(hào)的發(fā)射與接收以及超聲波回波信號(hào)的濾波與放大。
超聲波多普勒流量計(jì)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(dòng)超聲波換能器發(fā)射1MHz的連續(xù)方波信號(hào)，連續(xù)方波信號(hào)經(jīng)過管道中的被測(cè)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(hào)返回主控模塊進(jìn)行后續(xù)流速和流量的計(jì)算。
