基于ATmega128的便攜式超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)

　　基本原理

　　作者以時(shí)差法為原理設(shè)計(jì)了一款高精度的手持式超聲波流量計(jì)。超聲波傳感器的安裝方式也不止圖示一種。常用的安裝方式有V法(反射法)、Z法(直接透過(guò)法)和X法(交叉法)，無(wú)論應(yīng)用哪種方法測(cè)量，其基本原理都是測(cè)量超聲波在順和逆流體流動(dòng)方向到達(dá)接收器的時(shí)間差，進(jìn)而換算成流速、流量等信息。圖1為直接透過(guò)法測(cè)量流量的基本原理。其中流量測(cè)量部分是應(yīng)用一對(duì)超聲波換能器相向交替(或同時(shí))收發(fā)超聲波，通過(guò)觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來(lái)間接測(cè)量流體的流速，再通過(guò)流速來(lái)計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法?！　?/p>

 

　　圖1中有兩個(gè)換能器，順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng)，超聲波順流時(shí)間為T(mén)上游，逆流時(shí)間為T(mén)下游，超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向夾角為θ，流體的流動(dòng)速度為V。由于流體流動(dòng)的原因，超聲波順流傳播L長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆流傳播所用的時(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：

　　其中C為聲音在介質(zhì)中的傳播速度，Toffset為系統(tǒng)時(shí)間差，順流時(shí)間和和逆流時(shí)間差為：　　

　　流體的速度相對(duì)于聲波在流體中的傳播速度是非常小的，上式簡(jiǎn)化為：