超聲波流量計主機與探頭原理探討  二十六

具體電路將在下一章詳細介紹。這里大致介紹一下系統的工作過程：從單片機收到主單片機發出的測量命令后產生一定的波形，先對計數器清零，接著同步啟動發射電路觸發超聲波換能器發射超聲波脈沖，同時使計數電路開始對高頻方波進行計數，在接收端接收到脈沖信號后一部分返回發射端代替同步信號觸發發射電路再次發射超聲波，另一部分進入分頻電路進行分頻，如此反復形成順流發射的多脈沖聲循環。當完成所定的多脈沖個數后，分頻器產生一個信號，關斷高頻方波，使計數器停止計數。這個過程可以得到順流傳播的傳播時間，用同樣的方法可以得到逆流方向傳播的時間，并通過并行口送到主單片機上。主單片機收到從單片機發來的順逆流的傳播時間計數值后，采用數字濾波技術對這些時間信號進行濾波處理，并根據實際情況計算出相應的流速和流量，保存到存儲器中，并送到LCD 上顯示出來。

4.時差法超聲波流量計的硬件設計

4.1 超聲波換能器的選擇

超聲波換能器（以下簡稱探頭）是超聲波流量計的重要組成部分，是利用超聲波技術進行流量測量的關鍵，它的性能直接影響到整個檢測系統的性能和可靠度。探頭的種類很多，性能各異，因此需要根據實際情況，合理的選擇：

①頻率：超聲波的頻率在很大程度上影響著超聲波的傳播，用于水流量測量時，超聲波頻率范圍一般為0.5MHz～2MHz[22]。超聲波的頻率越高，聲束擴散角小，能量越集中，方向性越好，分辨力也越好。按理說為提高計時精度，應當選高頻率的探頭；但是對于同一材料來說，超聲波在傳播過程中的散射衰減系數和吸收衰減系數分別與頻率的4 次方和2 次方成正比，所以頻率越高，超聲波衰減越大，而且也會增加電路設計的困難。

超聲波流量計