一种带超声波流量检测控制的水泵及方法与流程

1.本发明涉及水泵流量检测控制技术领域，尤其涉及一种带超声波流量检测控制的水泵及方法。


背景技术：

2.一台智能增压泵，以流量来判定水泵起停，使用超声波流量检测装置来判断管路内部有无水在流动，起到控制水泵的作用，市场上水泵大多将流量控制结构放置于过流部件内，会损失流量，降低效率。并且现有技术中均未考虑到水泵中超声振动造成气泡破裂带来的误差影响。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“利用超声波检测流量的检测方法”，其公告号：cn102914333a，公开了包括由布置在测量管的管段上的超声波换能器组测量出超声波在管段中顺流传播时的顺流时间及逆流传播时的逆流时间；待测气体在流过测量管的布置有超声波换能器组的管段时自由扩散到与测量管相连通的两个静速管中，但是该方案需要设置对比量来减少误差，结构复杂。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“用于超声波流量检测的温度检测方法以及超声波流量计量装置”，其公告号：cn104729582a，公开了包括通过测量两个超声波换能器在顺流、逆流状态下传输时间进行数据处理即可获取声速cf，再根据声速cf与温度的固定函数关系求出温度值。采用上述数据处理方法以及与之对应的流量计量装置获取流体温度，误差能够控制在计量精度范围内，但是该方案仅考虑到温度对传递的影响，没有考虑到管内杂音的影响。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中水泵内超声检测管内存在影响杂音的问题，本发明提供一种带超声波流量检测控制的水泵及方法，通过调整超声模块角度并进行管内不同位置的采样，去除噪音影响。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带超声波流量检测控制的水泵，包括：水泵内部设有检测管路，检测管路内设有多个位于同一轴线上的超声感应模块，超声感应模块之间按照倾斜角度互相收发超声波；超声感应模块连接有控制器，控制器根据超声感应模块的数据检测流量并发出控制信号。检测管路为水泵内一段加长管路，超声感应模块布置在加长管路内部，并且通过倾斜角度的设置，减少管路中内壁反射、水垢破碎等造成的影响，使得超声感应模块接收的超声振动尽可能为液体传导，减少超声感应模块的噪音获取；并通过控制器对超声感应模块的超声波数据进行识别判断，并根据识别出的噪音发出不同的控制信号，控制信号用于改变超声感应装置的工作角度。
7.作为优选的，超声感应模块布置的轴线与监测管路中心轴线平行，超声感应模块的一面与检测管路侧壁连接，另一面连接有控制板。超声感应模块为两个，并排一左一右分
别布置在加长管道内两端，并且位于同一水平线上，超声感应模块固定设置在管路内壁上，超声感应模块上方设有控制板，控制板用于控制超声感应模块的工作状态，此外控制板也可以控制水泵电机的工作状态；能够节省管路的空间，提高管路中空间利用率，不会浪费空间。
8.作为优选的，超声感应模块具有定向角度，两个超声感应模块的定向角度相同且开口朝向对方；超声感应模块连接有振动传感器。两个超声感应模块的定向角度朝向两者连线的中线，该定向角度为超声感应模块的发送角度和接收角度，并且两个超声感应模块的定向角度均朝上开口；振动传感器位于两个超声感应模块的连线的中点，振动传感器检测管路内的振动，振动传感器与控制板连接，振动传感器将检测到的振动数据发送到控制板上的控制器中；振动传感器用于检测管路中的噪音振动，该振动数据包括水垢破裂振动和内壁反射振动。能够通过振动传感器检测管路中的噪音振动，从而通过控制器发出控制信号调整超声感应装置的姿态，进而实时降低超声感应装置的噪音影响，提高流量检测的准确度。振动传感器位于控制板下方。
9.作为优选的，超声感应模块之间设有角度调节机构，角度调节机构与振动传感器连接，根据振动传感器的检测数据调节超声感应模块之间的距离和定向角度。角度调节机构 包括每个超声感应模块下方的旋转机构，旋转机构固定设置于管路内侧壁，旋转机构与控制器连接，控制器根据识别的噪音振动发出调整控制信号到旋转机构。旋转机构与超声感应模块转动连接，能够带动超声感应模块在0-90度内旋转。通过角度调节机构实现超声感应装置的角度改变，并且旋转机构中包括齿轮或线轮或类似的旋转机构。
10.一种带超声波流量检测控制方法，包括如下步骤：确定倾斜角度，调整倾斜角度后对超声波振动分析得到有效振动，根据有效振动确定流量；根据流量变化对水泵电机进行反馈控制。首先根据检测到的超声波数据确定噪音振动的大小，根据噪音振动的大小和占比确定倾斜角度，使得在一定倾斜角度下噪音振动的大小和占比位于阈值下，不会影响超声感应模块的流量检测；然后对超声感应，模块的超声振动记性变量分析，得到其中的有效振动，根据有效振动进行超声测速计算，再根据超声测速计算结果和实际的管路物理参数确定流量；获得水泵管路中流量后根据流量大小和目标流量的大小来调整脚水泵电机，包括发送不同大小的反馈控制信号到水泵电机。此外，还可通过测得流量改变水泵的输出功率，并对水泵的实际功率进行判断，确定水泵的效率。能够通过定向角度及通过识别噪音振动调整定向角度来实现提高超声波流量检测的准确度，在此基础上，避免了使用其他结构来设置对比量，也即减少了流量损失。
11.作为优选的，对超声波振动进行变量分析前包括建立振动曲线，然后对振动曲线识别第一振动特征和第二振动特征，根据第二振动特征识别有效振动。获取振动时间t内的振动数据，该振动数据通过超声感应模块获得，然后将振动数据拟合为振动曲线，通过振动曲线表示所有时刻的所有检测到的振动，便于根据时间序列进行筛选；同时对振动曲线根据不同的标准进行特征识别，第一振动特征用于识别清洁振动和反射振动等噪音振动，第二振动特征用于识别超声测速的振动；将第二振动特征作为有效振动，并且根据时间序列确定有效的第二振动特征，从而完成对超声测速的特征识别，便于提高超声测速的准确度和精度，减少超声测速中噪音的影响。
12.作为优选的，第一振动特征通过超声感应模块的检测数据进行识别，对振动传感
器中数据和检测数据进行相似度判断并筛选出将第一振动特征，根据第一振动特征调整定向角度。获得超声感应模块的数据后，第一振动特征的识别标准通过振动传感器获得，将振动传感器检测到的检测数据进行拟合，将振动传感器的检测数据拟合的曲线与与超声感应模块的数据拟合的曲线进行相似度判断，相似度判断时在同时刻进行判断，对同时刻中特征进行识别，若两个曲线同时刻识别出相同特征，则将该特征认定为噪音特征，超声感应模块和振动传感器同时检测到噪音振动时的情况进行筛选，并且不会只有超声感应模块检测到噪音振动而振动传感器没有检测到噪音振动。识别出第一振动特征后，根据第一振动特征的大小确定定向角度向远离水平面方向的移动角度。
13.作为优选的，第二振动特征通过超声感应模块的数据和定向角度进行识别，确定定向角度的传播曲线并进行相似度判断筛选出第二振动特征。在根据第一振动特征调节定向角度后至定向角度不再变化后，控制器识别第二振动特征，第二振动识别特征的标准为定向角度下的振动接收曲线，该振动接收曲线为标准状态下的超声感应模块接收到的振动曲线，根据该振动曲线和超声感应模块的数据拟合的曲线进行相似度判断，该相似度判断为曲线在同时刻上下浮动范围k内判断相似。然后根据判断出来的第二振动特征进行流量计算，从而得到准确的流量值。
14.本发明具有如下优点：（1）通过倾斜角度的设置，减少管路中内壁反射、水垢破碎等造成的影响，使得超声感应模块接收的超声振动尽可能为液体传导，减少超声感应模块的噪音获取；（2）能够节省管路的空间，提高管路中空间利用率，不会浪费空间；（3）通过控制器发出控制信号调整超声感应装置的姿态，进而实时降低超声感应装置的噪音影响，提高流量检测的准确度；（4）能够通过定向角度及通过识别噪音振动调整定向角度来实现提高超声波流量检测的准确度，在此基础上，避免了使用其他结构来设置对比量，也即减少了流量损失。
附图说明
15.下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
16.图1是本发明中一种带超声波流量检测控制的水泵的整体结构示意图。
17.图2是本发明中一种带超声波流量检测控制方法的逻辑示意图。
18.图中：1-水泵；2-检测管路；3-超声感应模块；4-控制板。
具体实施方式
19.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，在一个较佳的实施例中，本发明公开了一种带超声波流量检测控制的水泵，包括：水泵1内部设有检测管路2，检测管路2内设有多个位于同一轴线上的超声感应模块3，超声感应模块3之间按照倾斜角度互相收发超声波；超声感应模块连接有控制器，控制器根据超声感应模块的数据检测流量并发出控制信号。检测管路为水泵内一段加长管
路，超声感应模块布置在加长管路内部；并通过控制器对超声感应模块的超声波数据进行识别判断，并根据识别出的噪音发出不同的控制信号，控制信号用于改变超声感应装置的工作角度。
21.在使用时，在水泵内部设置一段较长的管路，管路上方放置控制板，不会浪费空间，控制板下方放置两个超声波感应模块，使用超声波流量检测计原理，超声波按照倾斜角度横穿过管道中的流体后被交替接收和发送。穿过水前进的超声波与水的流向相反时，传播速度将变慢；相反，与水的流向相同时，传播速度将变快。这两个超声波的传播时间差将被换算成流量。设置好水泵内部管路的参数，超声波两个感应模块接到控制板上，起到检测流量的目的。
22.超声感应模块3布置的轴线与监测管路中心轴线平行，超声感应模块3的一面与检测管路侧壁连接，另一面连接有控制板4。超声感应模块为两个，并排一左一右分别布置在加长管道内两端，并且位于同一水平线上，超声感应模块固定设置在管路内壁上，超声感应模块上方设有控制板，控制板用于控制超声感应模块的工作状态，此外控制板也可以控制水泵电机的工作状态。
23.在使用时，超声感应模块穿过控制板向上延伸，超声感应模块收到控制板的信号进行启停，并将接收到的振动信号发送到控制板，控制板同时接收两个超声感应模块的数据。超声感应模块为包括了超声换能器在内的超声波传感器，能够让电信号和振动信号进行转换。
24.超声感应模块具有定向角度，两个超声感应模块的定向角度相同且开口朝向对方；超声感应模块连接有振动传感器。两个超声感应模块的定向角度朝向两者连线的中线，该定向角度为超声感应模块的发送角度和接收角度，并且两个超声感应模块的定向角度均朝上开口；振动传感器位于两个超声感应模块的连线的中点，振动传感器检测管路内的振动，振动传感器与控制板连接，振动传感器将检测到的振动数据发送到控制板上的控制器中；振动传感器用于检测管路中的噪音振动，该振动数据包括水垢破裂振动和内壁反射振动。能够通过振动传感器检测管路中的噪音振动，从而通过控制器发出控制信号调整超声感应装置的姿态。振动传感器位于控制板下方。
25.在使用时，振动传感器用于接收位于两个超声感应模块之间的振动，并且避开超声感应模块的振动发射和接收路线，使得其只能接收到不规律的噪音振动。振动传感器也受到控制板控制启停，并且将检测数据发送到控制板进行处理。
26.超声感应模块之间设有角度调节机构，角度调节机构与振动传感器连接，根据振动传感器的检测数据调节超声感应模块之间的距离和定向角度。角度调节机构 包括每个超声感应模块下方的旋转机构，旋转机构固定设置于管路内侧壁，旋转机构与控制器连接，控制器根据识别的噪音振动发出调整控制信号到旋转机构。旋转机构与超声感应模块转动连接，能够带动超声感应模块在0-90度内旋转。旋转机构中包括齿轮或线轮或类似的旋转机构。
27.在使用时，角度调节机构包括固定设置于管路内侧的固定板，在固定板上设有转动配合的转动孔和转动轴，转动轴外侧设有齿轮，或者转动轴外侧设有线轮，齿轮为从动齿轮，线轮设有和卷绕方向相反力的扭簧，线轮内部被控制板控制电控的电动机或类似结构带动旋转，从动齿轮被控制板板电控的电机齿轮或类似结构带动旋转。进一步的，包括但不
限于齿轮电机轴、电弹簧拉动线轮。
28.如图2所示，本方案公开了一种带超声波流量检测控制方法，包括如下步骤：确定倾斜角度，调整倾斜角度后对超声波振动分析得到有效振动，根据有效振动确定流量；根据流量变化对水泵电机进行反馈控制。首先根据检测到的超声波数据确定噪音振动的大小，根据噪音振动的大小和占比确定倾斜角度；然后对超声感应，模块的超声振动记性变量分析，得到其中的有效振动，根据有效振动进行超声测速计算，再根据超声测速计算结果和实际的管路物理参数确定流量；获得水泵管路中流量后根据流量大小和目标流量的大小来调整脚水泵电机，包括发送不同大小的反馈控制信号到水泵电机。此外，还可通过测得流量改变水泵的输出功率，并对水泵的实际功率进行判断，确定水泵的效率。
29.在使用时，首先获取振动数据，然后根据振动数据改变超声感应模块的定向角度，改变定向角度来改变超声感应模块的发送和接收路线，然后确定最佳的定向角度后，再根据新的振动数据进行流量检测。
30.对超声波振动进行变量分析前包括建立振动曲线，然后对振动曲线识别第一振动特征和第二振动特征，根据第二振动特征识别有效振动。获取振动时间t内的振动数据，该振动数据通过超声感应模块获得，然后将振动数据拟合为振动曲线，通过振动曲线表示所有时刻的所有检测到的振动，便于根据时间序列进行筛选；同时对振动曲线根据不同的标准进行特征识别，第一振动特征用于识别清洁振动和反射振动等噪音振动，第二振动特征用于识别超声测速的振动；将第二振动特征作为有效振动，并且根据时间序列确定有效的第二振动特征，从而完成对超声测速的特征识别。
31.第一振动特征通过超声感应模块的检测数据进行识别，对振动传感器中数据和检测数据进行相似度判断并筛选出将第一振动特征，根据第一振动特征调整定向角度。获得超声感应模块的数据后，第一振动特征的识别标准通过振动传感器获得，将振动传感器检测到的检测数据进行拟合，将振动传感器的检测数据拟合的曲线与与超声感应模块的数据拟合的曲线进行相似度判断，相似度判断时在同时刻进行判断，对同时刻中特征进行识别，若两个曲线同时刻识别出相同特征，则将该特征认定为噪音特征，超声感应模块和振动传感器同时检测到噪音振动时的情况进行筛选。识别出第一振动特征后，根据第一振动特征的大小确定定向角度向远离水平面方向的移动角度。
32.在使用时，获取振动数据后，识别第一振动特征来获取定向角度的调整量，直到时间t内振动曲线不再存在第一振动特征。
33.第二振动特征通过超声感应模块的数据和定向角度进行识别，确定定向角度的传播曲线并进行相似度判断筛选出第二振动特征。在根据第一振动特征调节定向角度后至定向角度不再变化后，控制器识别第二振动特征，第二振动识别特征的标准为定向角度下的振动接收曲线，该振动接收曲线为标准状态下的超声感应模块接收到的振动曲线，根据该振动曲线和超声感应模块的数据拟合的曲线进行相似度判断，该相似度判断为曲线在同时刻上下浮动范围k内判断相似。然后根据判断出来的第二振动特征进行流量计算，从而得到准确的流量值。
34.在使用时，在一定时间范围内振动曲线没有第一振动特征后，对此时振动曲线内识别第二振动特征，将此时的第二振动特征作为有效特征，根据该有效特征进行流量计算。根据流量反馈控制水泵电机，根据第一振动特征反馈控制超声感应模块。实现两次反馈控
制。
35.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种带超声波流量检测控制的水泵，其特征在于，包括：水泵内部设有检测管路，检测管路内设有多个位于同一轴线上的超声感应模块，超声感应模块之间按照倾斜角度互相收发超声波；超声感应模块连接有控制器，控制器根据超声感应模块的数据检测流量并发出控制信号。2.根据权利要求1所述的一种带超声波流量检测控制的水泵，其特征在于，所述的超声感应模块布置的轴线与监测管路中心轴线平行，所述的超声感应模块的一面与检测管路侧壁连接，另一面连接有控制板。3.根据权利要求1或2所述的一种带超声波流量检测控制的水泵，其特征在于，所述的超声感应模块具有定向角度，两个超声感应模块的定向角度相同且开口朝向对方；所述的超声感应模块连接有振动传感器。4.根据权利要求3所述的一种带超声波流量检测控制的水泵，其特征在于，所述的超声感应模块之间设有角度调节机构，角度调节机构与振动传感器连接，根据振动传感器的检测数据调节超声感应模块之间的距离和定向角度。5.一种带超声波流量检测控制方法，适用于如权利要求3至4任一项所述的一种带超声波流量检测控制的水泵，其特征在于，包括如下步骤：确定倾斜角度，调整倾斜角度后对超声波振动分析得到有效振动，根据有效振动确定流量；根据流量变化对水泵电机进行反馈控制。6.根据权利要求5所述的一种带超声波流量检测控制方法，其特征在于，所述的对超声波振动进行变量分析前包括建立振动曲线，然后对振动曲线识别第一振动特征和第二振动特征，根据第二振动特征识别有效振动。7.根据权利要求6所述的一种带超声波流量检测控制方法，其特征在于，所述的第一振动特征通过振动传感器的检测数据进行识别，对超声感应模块中数据和检测数据进行相似度判断并筛选出将第一振动特征，根据第一振动特征调整定向角度。8.根据权利要求6所述的一种带超声波流量检测控制方法，其特征在于，所述的第二振动特征通过超声感应模块的数据和定向角度进行识别，确定定向角度的传播曲线并进行相似度判断筛选出第二振动特征。

技术总结
本发明公开了一种带超声波流量检测控制的水泵及方法，包括：水泵内部设有检测管路，检测管路内设有多个位于同一轴线上的超声感应模块，超声感应模块之间按照倾斜角度互相收发超声波；超声感应模块连接有控制器，控制器根据超声感应模块的数据检测流量并发出控制信号；能够节省管路的空间，提高管路中空间利用率，不会浪费空间；通过控制器发出控制信号调整超声感应装置的姿态，进而实时降低超声感应装置的噪音影响，提高流量检测的准确度；能够通过定向角度及通过识别噪音振动调整定向角度来实现提高超声波流量检测的准确度，在此基础上，避免了使用其他结构来设置对比量，也即减少了流量损失。减少了流量损失。减少了流量损失。


技术研发人员：应荣华 张逸 林永兵
受保护的技术使用者：利欧集团浙江泵业有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/20