基于体横波传感器的新型低功耗超声波流量计探头设计与研究

超声波流量测量技术是流量测量领域的一个重要分支,超声波流量计广泛应用于能源、化工和冶金等大型工业领域,在环保、水处理等行业的应用也日益增多。所有的超声波流量测量方法都基于超声波的产生、传播和接收。因此,超声波探头作为产生和接收超声波信号的器件在超声流量测量系统中起着关键的作用。针对目前在国内大量使用折射法横波传感器的时差法超声波流量计探头普遍存在的测量信噪比不理想和功耗偏高等问题,本文通过改变超声探头的横波产生方式,从探头能量损失的角度对传统折射法探头及新型体横波探头进行了深入的分析,总结了折射法探头能量损失较大的原因,比较了折射法探头与体横波探头在入射角度选择上的优劣。在常见的4寸管道上对1 MHz的CRS折射法横波探头进行了测试,并设计了一种激励体横波的产生方式,在圆柱形不锈钢的试块上对1 MHz的UTX体横波探头进行了测试。对两者的回波信号幅值进行采集,将两种探头的连续两次反射波之间时间间隔的计算值与实测值分别进行了对比和分析,表明在发射孔径相差16倍的前提下,UTX的反射信号反而比CRS的反射信号要强。测试结果也论证了体横波传感器在超声流量计中应用的可行性,对低功耗及高精度超声波流量计的研发具有一定的指导意义。