【導讀】節(jié)約水資源越來越受到人們的關注,而水表行業(yè)也正在經(jīng)歷著如何進行階梯水價收費的改革浪潮。精確計量成為行業(yè)焦點,傳統(tǒng)的機械水表正在逐步被更智能的超聲波水表取代。
艾邁斯半導體用于超聲波水表的計量芯片如GP22、GP30,針對真實應用環(huán)境不停更新迭代、性能優(yōu)化,越來越接近于真實的水流環(huán)境。與之相應地,在電子部分的優(yōu)化之外,如何正確選擇好的管段+換能器,成了水表好用與否的關鍵。
對于使用過GP22的用戶來說,首波檢測是一個并不陌生的概念,它可以判斷出接收波形,精確的定義首波的位置,一旦首波確定,在此基礎上進行時間信號采集。但是信號的幅值會隨著溫度和流量的改變而改變,導致原本設定好的FHL可能不再適用于當前狀態(tài),而發(fā)生周期跳變。
因此在設計水表之前,我們需要先對換能器和管段進行分析,研究在各個狀態(tài)下FHL的值是否還適用,還是真的需要修正,或者有沒有一個FHL的值可以覆蓋全溫度全流量范圍而不需要調(diào)整,這就需要我們對使用的管段和換能器了如指掌。今天我想討論一下如何在基于GP30-F01的基礎上去分析管段和換能器發(fā)出的超聲波的幅值。
首先,我們進行全溫度范圍下接收波形的前4個波的峰值檢測。因為首波檢測基于的一個條件就是相鄰的波峰之間如果幅值差越大,那么就越不容易發(fā)生周期跳變的可能。4種換能器#1,#2,#3,#4,在全溫度范圍(5°C~60°C)進行連續(xù)的幅值采集,得到的數(shù)據(jù)圖如下:

很容易發(fā)現(xiàn),這4種換能器代表了四類典型的換能器。在全溫度范圍內(nèi):
1#換能器前4個波峰幅值變化不大,但是相鄰波峰的幅值差很?。?/div>
2#換能器前4個波峰幅值變化隨溫度升高而變大,高溫下的第三波甚至超過了低溫下的第四波,易于發(fā)生周期跳變,而且相鄰的波峰幅值差也很?。?/div>
3#換能器前4個波峰幅值基本維持穩(wěn)定,并且相鄰波峰幅值差也比較大,是適合進行FHL 設置的;
4#換能器剛好和2#相反,波峰的幅值隨溫度的升高而減小,高溫下的第四波甚至低過了低溫下的第三波,也會發(fā)生周期跳變。
接下來,我們會加入流量元素,使實驗更加接近真實情況。測試方法是首先在室溫下,提供一個小流量,然后從設定的最小首波電壓FHLmin開始,按照設定的步長FHLstep遞增至最大首波電壓FHLmax,記錄下相關數(shù)據(jù);然后在不改變溫度的情況下也按照一定步長(或者比例)增大流量,重復FHL的遞增循環(huán),記錄下相關數(shù)據(jù),直到覆蓋全流量范圍;隨后增大溫度,重復上述測試,直到涵蓋了全溫度范圍(5°C~60°C),我們通過Excel表格對這些數(shù)據(jù)進行分析。
需要設定的參數(shù):
1. 首波電壓FHL
e.g. FHLmin >=5
e.g. FHLmax = 200
e.g. FHLstep = 5
2. 流量控制比例,例如25%
需要采集的數(shù)據(jù):
1. FHL 上游/下游 GP30測量得到的首波電壓
2. TOF1 上游/下游 GP30測量得到的第一個飛行時間的值
3. PWR 上游/下游 GP30測量得到的脈寬比
4. AM 上游/下游 GP30 測量得到的接收幅值
5. DIFFTOF GP30套件計算得到的時間差
6. SUMTOF GP30套件計算得到的時間和
7. Temp [°C] 外部傳感器測量得到的溫度值
8. Flow [l/h] 外部傳感器測量得到的流量
9. Flow Average [l/h] 外部傳感器測量得到的平均流量
在前期工作準備完畢后,我們可以編寫程序,然后對每一支管段進行測試。我們對這4支管段使用下圖裝置與軟件進行測試,得到大量數(shù)據(jù)。
1.首先我們在某個溫度(24°C~25°C),全流量范圍下,幾個參數(shù)的對比。
A管段:可以看出在該溫度,全流量下,測量結果保持穩(wěn)定狀態(tài),時間差在幾個波峰處會有周期跳變,屬正常現(xiàn)象。

B管段:可以看出在該溫度全流量下,測量結果保持穩(wěn)定狀態(tài),時間差在幾個波峰處會有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。隨著FHL遞增,AM 數(shù)量也較A管段多,因此可以看出B管段的波峰數(shù)量多于A 管段。

C管段:只截取到DIFFTOF和PWR的圖像。很明顯周期跳躍比較多,而且兩個換能器的接收波形的PW不重合,說明同一個收發(fā)周期中的接收信號不同,說明這一對換能器不匹配。

D管段:可以看出在該溫度,全流量下,測量結果還行,但是從PW-FHL圖上可以看出一個FHL可能對應了兩個PWR的值,說明在全流量下超聲波信號不是很穩(wěn)定,會隨著流量變化而變化;另外,從AM-FHL圖像上可以看出同一個FHL 對應兩個不同的TOF1的值,更加說明超聲波信號受流速影響比較大。

2.我們在某個流量區(qū)間(400~500l/h),全溫度范圍下,幾個參數(shù)的對比。
A管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響比較小,測量結果保持穩(wěn)定狀態(tài),時間差在幾個波峰處會有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會受溫度影響在某個范圍內(nèi)發(fā)生偏移。

B 管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響,測量結果保持穩(wěn)定狀態(tài),時間差在幾個波峰處會有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會受溫度影響在某個范圍內(nèi)發(fā)生偏移。但整體來說,數(shù)據(jù)的離散性比較大。

C管段:從如下的DIFFTOF的圖像,可以看出,時間差受溫度影響很大,只有很小的一個范圍在我們設置的條件下DIFFTOF基本沒有跳變。在這個FHL范圍下,PWR的值受限于0.4~0.6之間;從AM圖中,看出部分地方藍色和橙色沒有重合,表示在這個FHL下,兩邊的換能器接收到的信號幅值不一致;從PW上看出線條比較粗,要么波峰的數(shù)量比較多,要么接收信號受溫度影響很大,要么二者兼項,我跟個人偏向于后者;從TOF1的圖像看出臺階比較多,因此波峰數(shù)量比較多。

D管段:從圖上可以看出,在該流量范圍內(nèi),全溫度下,DIFFTOF受溫度影響比較小,測量結果保持穩(wěn)定狀態(tài),時間差在幾個波峰處會有周期跳變,屬正?,F(xiàn)象。另外,PW值會受溫度影響在某個范圍內(nèi)發(fā)生偏移,但是數(shù)據(jù)的離散程度較大。

3.我們在全流量,全溫度范圍下,幾個參數(shù)橫向的對比。
DIFFTOF-FHL:相比較四個管段,A管段的表現(xiàn)最佳,在三個比較寬的范圍內(nèi)都沒有發(fā)生周期性跳變,B管段其次,D管段第三,C管段最差,可用的FHL最窄。

AM-FHL:相比較四個管段,A管段可以看做有四個波峰值,彼此獨立,很好的印證了DIFFTOF的表現(xiàn),幾個周期跳變都是發(fā)生在波峰處,跳變后峰值也發(fā)生了變化,受溫度和流量影響使得每一段都變粗。B管段其次,D管段第三,C管段最差,可以看做幅值隨FHL遞增而增加,受溫度和流量影響較大。

PWR-FHL:相比較四個管段,A管段較為明顯的分成了四個部分,其實是首波分別在四個不同的波峰的時候的半波長比。B管段圖像較粗,說明數(shù)據(jù)的離散型不如A好,D的離散型更加差一些,說明受溫度和流量影響更加大。C幾乎沒有可用的地方,根據(jù)DIFFTOF得到的FHL來看PW只能設置在0.4到0.6之間。

TOF1-FHL:A很明顯當首波發(fā)生跳變的時候,TOF1的值發(fā)生階躍性跳變。B管段在穩(wěn)定的DIFFTOF的區(qū)間,TOF1也能保持穩(wěn)定,D管段離散性較B管段而言比較大,而C管段基本呈現(xiàn)一條緩緩向上的直線,重疊部分較多,只在DIFFTOF穩(wěn)定的那段區(qū)間TOF1保持穩(wěn)定。

因此,類似上述四種管段,A,B管段可使用的區(qū)間較多,優(yōu)先使用,D管段選擇使用,C管段建議不要使用。
推薦閱讀:
特別推薦
- 意法半導體與英諾賽科簽署氮化鎵技術開發(fā)與制造協(xié)議
- 貿(mào)澤電子開售Molex的航空航天解決方案
- 利用高精度窗口監(jiān)控器有效提高電源輸出性能
- 詳解控制變壓器操作和尺寸
- 【聚焦產(chǎn)業(yè)變革?共筑創(chuàng)新生態(tài)】IIC Shanghai 2025盛大啟幕
- Wi-Fi 7頻率控制核心密碼:三大關鍵器件深度解析
- 用于電動汽車車載充電器的 CLLLC 與 DAB 比較
技術文章更多>>
- 貿(mào)澤電子開售Molex的航空航天解決方案
- 意法半導體與英諾賽科簽署氮化鎵技術開發(fā)與制造協(xié)議
- 解碼宿遷專班護航金天國際全球大會背后的中國創(chuàng)新密碼
- 從元件到生態(tài):DigiKey可持續(xù)創(chuàng)新視頻系列全紀錄
- 2025廣州國際汽車技術展來襲:前沿技術、精彩論壇,不容錯過!
技術白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
行程開關
修復設備
蓄電池
旋轉開關
血壓計
血氧儀
壓電蜂鳴器
壓接連接器
壓控振蕩器
壓力傳感器
壓力開關
壓敏電阻
揚聲器
遙控開關
醫(yī)療電子
醫(yī)用成像
移動電源
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語音控制
元件符號
元器件選型
云電視
云計算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈