值電壓由穩(wěn)態(tài)流體實驗與含氣泡流體實驗中超聲波接收信號的幅值折中確定。 超聲波接收信號接入閾值比較器5的同相端；當(dāng)超聲波接收信號高于閾值電壓時，閾值比 較器5輸出高電平，反之輸出低電平。
[0031] 當(dāng)在一個超聲波信號周期內(nèi)，閾值比較器5輸出信號出現(xiàn)上升沿，表示流體狀態(tài) 為穩(wěn)態(tài)，未發(fā)生突變其中不含有雜質(zhì)；當(dāng)在至少一個超聲波信號周期內(nèi)，閾值比較器輸出信 號5始終為低電平，未出現(xiàn)上升沿，發(fā)生突變其中含有雜質(zhì)。
[0032] 3)實時根據(jù)上述步驟的流體狀態(tài)是否含有雜質(zhì)的結(jié)果，進行固定PID與模糊PID 振幅控制器的實時切換，實現(xiàn)流量計振幅自適應(yīng)控制。
[0033] 步驟3中振幅控制器的切換方式具體如下：若檢測得到流體中含有雜質(zhì)，則將單 片機的工作模式切換到模糊PID振幅控制器，即在一個超聲波信號周期內(nèi)，閾值比較器5輸 出信號未出現(xiàn)上升沿，該周期結(jié)束時立刻切換為模糊PID振幅控制器，其參數(shù)通過對氣泡 流仿真優(yōu)化得到；若檢測得到流體中不含有雜質(zhì)；則將單片機的工作模式切換到固定PID 振幅控制器，即在一個超聲波信號周期內(nèi)，閾值比較器5輸出信號出現(xiàn)上升沿，該周期結(jié)束 時立刻切換為固定PID振幅控制器，其參數(shù)由穩(wěn)態(tài)實驗下整定得到。
[0034] 本發(fā)明基于氣泡等雜質(zhì)對超聲波的衰減作用，通過超聲波換能器對流體狀態(tài)進行 檢測；用閾值比較器對換能器接收端信號進行處理和比較，判斷流體中是否含有氣泡；根 據(jù)流體狀態(tài)的判定結(jié)果，切換不同的振幅控制方法。
[0035] 本發(fā)明方法的控制過程如圖3所示：①科氏流量計測量管振幅控制系統(tǒng)在完成系 統(tǒng)初始化，定時器初始化n = N之后；(N =超聲波信號周期時間與單片機時鐘信號周期時 間的比值）
[0036] ②從測量管振動信號@處讀取振動幅值；③然后從閾值比較器5處讀取比較器 輸出；④并進行判定信號為上升沿：⑤若信號為上升沿，則定時器復(fù)位，n = N ;⑥若未出現(xiàn) 上升沿信號，則定時器的計數(shù)η = n-Ι。⑦繼續(xù)采用以下方式判定η是否滿足η>0 :
[0037] ⑧若η>0,則判定流體為穩(wěn)態(tài)，⑨同時啟用固定PID控制器，?得到驅(qū)動增益K ;或 者說，⑩若η < 0,則判定流體中有氣泡，?同時啟用模糊PID控制器，?得到驅(qū)動增益Κ。 ?然后將驅(qū)動增益K傳遞給測量管正反饋驅(qū)動電路，?最終得到調(diào)制后的測量管振動信 號。
[0038] 本發(fā)明的具體實施例及實施工作過程如下：
[0039] 如圖1所示，具體實施中科氏流量計測量管3采用雙U型測量管，單管直徑為6_， 閾值比較器5采用模擬式單閾值比較器，在流體管道1與科氏流量計測量管3之間安裝流 體狀態(tài)檢測裝置2，在流體進入科氏流量計測量管之前對管道內(nèi)流體狀態(tài)進行檢測，為科氏 流量計提供流體狀態(tài)預(yù)判信息。
[0040] 如圖2所示，流體狀態(tài)檢測裝置2包括安裝管段2_1、液體超聲波發(fā)射器2_2、及液 體超聲波接收器2_3。液體超聲波發(fā)射器2_2和液體超聲波接收器2_3以對射方式在安裝 管段2_1上對稱安裝，通過錐螺紋聯(lián)接。液體超聲波發(fā)射器2_2發(fā)射出超聲波信號，穿越過 流體介質(zhì)后最終到達液體超聲波接收器2_3。超聲波接收信號隨后接入閾值比較器5同相 端，閾值電壓\接入閾值比較器5反相端，閾值電壓V tS 0. 8V :當(dāng)流體中無氣泡4時，超聲 波接收信號峰值為IV大于閾值電壓0. 8V，閾值比較器5輸出高電平，高電平信號為 3V，當(dāng)流體中出現(xiàn)氣泡4時，超聲波接收信號峰值小于閾值電壓0. 8V，閾值比較器5持 續(xù)輸出低電平，低電平信號為0V。單片機6在時鐘信號的作用下對閾值比較器5的輸出信 號進行采樣，當(dāng)出現(xiàn)信號上升沿時，復(fù)位定時器7,否則定時器7的計數(shù)器減一。當(dāng)流體中出 現(xiàn)氣泡4時，在一段時間內(nèi)閾值比較器5的輸出信號中都沒有上升沿，定時器7的計數(shù)值減 到〇,判定有氣泡4出現(xiàn)，幅值控制方法切換為模糊PID控制。
[0041] 綜合來說，本發(fā)明采用一對液體超聲波換能器，在流體進入科氏流量計測量管之 前對流體內(nèi)的氣泡進行檢測提供預(yù)判，實現(xiàn)科氏流量計測量管振幅控制方法的及時切換， 增強了科氏流量計測量管振幅控制的自適應(yīng)性，提高了科氏流量計在復(fù)雜工況下的可靠性 與計量性能，具有突出的技術(shù)效果。
[0042] 上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范 圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于流體狀態(tài)檢測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方法，其特征在于該方法如 下： 1)在科氏流量計測量管（3)的入口端與流體管道（1)之間安裝流體狀態(tài)檢測裝置（2)， 對流體狀態(tài)進行檢測；流體狀態(tài)檢測裝置（2 )包含液體超聲波發(fā)射器（2_2 )、液體超聲波接 收器（2_3 )和閾值比較器（5 )，液體超聲波發(fā)射器（2_2 )、液體超聲波接收器（2_3 )分別安裝 在安裝管段（2_1)對稱的兩側(cè)，液體超聲波接收器（2_3)連接閾值比較器（5); 2 )液體超聲波發(fā)射器（2_2 )發(fā)射的超聲波經(jīng)安裝管段（2_1)內(nèi)的流體后被液體超聲波 接收器（2_3)接收，通過閾值比較器比較檢測超聲波接收信號幅值是否發(fā)生突變，若未發(fā)生 突變則流體中不含有雜質(zhì)，若發(fā)生突變則流體中含有雜質(zhì)； 3)實時根據(jù)上述步驟的流體狀態(tài)是否含有雜質(zhì)的結(jié)果，進行固定PID與模糊PID振幅 控制器的實時切換，實現(xiàn)流量計振幅自適應(yīng)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：所述的流體內(nèi)雜質(zhì)包括氣泡或者固體粒子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：當(dāng)在一個超聲波信號周期內(nèi)，所述閾值比較器（5)輸出信號出現(xiàn)上升沿， 表示流體狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)，超聲波接收信號幅值未發(fā)生突變其中不含有雜質(zhì)；當(dāng)在至少一個超 聲波信號周期內(nèi)，所述閾值比較器輸出信號（5)未出現(xiàn)上升沿，超聲波接收信號幅值發(fā)生突 變其中含有雜質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：所述步驟2)閾值比較器（5)采用模擬式單閾值比較器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：所述的閾值電壓接入閾值比較器（5)的反相端，超聲波接收信號接入閾值 比較器（5)的同相端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：所述步驟3)中振幅控制器的切換方式具體如下：若檢測得到流體中含有 雜質(zhì)，則將單片機的工作模式切換到模糊PID振幅控制器；若檢測得到流體中不含有雜質(zhì)； 則將單片機的工作模式切換到固定PID振幅控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體狀態(tài)監(jiān)測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方 法，其特征在于：所述的閾值比較器（5)連接有單片機，單片機連接有用于超聲波接收信號 幅值判斷中周期定時的定時器，單片機經(jīng)驅(qū)動模塊與科氏流量計測量管（3)的控制端連接， 單片機由切換的控制器產(chǎn)生驅(qū)動增益信號傳送到科氏流量計測量管（3)進行控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于流體狀態(tài)檢測的科氏流量計振幅自適應(yīng)控制方法。科氏流量計測量管的入口端安裝超聲波換能器，利用氣泡等雜質(zhì)對超聲波信號的衰減作用，通過閾值比較器檢測判斷接收信號的幅值是否發(fā)生突變，得到流體狀態(tài)是否含有雜質(zhì)，進而進行固定PID與模糊PID振幅控制器的切換。本發(fā)明方法通過對流體狀態(tài)的檢測，通過自適應(yīng)切換控制器既能保持其高精度的穩(wěn)態(tài)控制性能，又能提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度，避免測量管停振，并快速重建穩(wěn)定振動，增強科氏流量計測量管振幅控制的自適應(yīng)性，提高科氏流量計在復(fù)雜工況下的可靠性和計量性能。
【IPC分類】G05D19-02, G05B13-04, G01F1-84
【公開號】CN104792379
【申請?zhí)枴緾N201510164860
【發(fā)明人】傅新, 徐嬋娜, 胡亮, 陳文昱
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月8日