液体超声流量计根据安装使用方式不同可分为管段式、插入式和外夹式三大类。其中,管段式与插入式的换能器与测量介质直接接触,声能损耗小,信号质量佳,测量精度高,但换能器直接与待测液体接触,使得仪表耐压、耐腐蚀性受限。相比之下,外夹式的换能器不与液体相接触,在耐压、耐腐蚀等方面具有优势,但超声信号要穿过耦合层、管壁等固体介质,声能损耗大,信号处理难度更高,且长期夹持测量可靠性差。本论文提出了一种激振源内嵌式宽波束液体超声流量传感方法,其特点为激振源内嵌于不锈钢管壁中并与管壁紧密贴合,激振源在外加电压作用下振动产生的超声信号可在管壁内外表面不断反射并向前传播,形成较大的声波激发区域,产生一种“宽波束”效果。该方案兼顾了传统管段式与外夹式的优点,并利用宽波束避免气泡、颗粒等杂质对信号的影响,具有耐高压、耐腐蚀、高可靠、高精度的优点,可为能源、化工、液压、半导体制造等领域广泛潜在应用市场提供完善的流量测量与传感方案。文中设计、制作并测试了激振源内嵌式宽波束液体超声流量传感模块,验证了激振源内嵌式结构的有效性与宽波束激发技术的可行性,为后续实用型传感器整表研制奠定了基础。论文主要内容为:1.激振源内嵌式宽波束板状测量结构设计与宽波束产生机理研究。选取板状结构作为原理模型,研究了斜入射纵波在固液交界面上波型转化、透射能量与反射能量变化,结合平板Lamb波激发理论及激振源表面振动分布分析,确定了板状结构的材料和关键设计参数。2.激振源内嵌式宽波束板状测量结构有限元仿真分析。借助有限元软件COMSOL构建仿真模型,测试声束的作用范围,观测流速、气泡杂质等对接收信号产生的影响,验证了不锈钢内嵌式结构具有抗干扰能力强、稳定性高的特点。3.激振源内嵌式宽波束管段测量结构及二次电路设计。将板状结构的研究结果应用到管段结构设计中,介绍了激振源内嵌式管段测量结构的设计方法。为了对渡越时间进行精确计时,设计制作了以MSP430、TDC-GP21为核心,采用sallen-key二阶有源滤波放大的电路模块,并提供了基于GP21遮罩功能的辅助信号与流场信号双信号同步测量方法。4.宽波束关键性能参数实验测试。设计并完成三个关键参数的测试实验,分别是宽波束有效范围实验,不同温度下接收信号稳定性实验,辅助信号与流场信号零点温飘实验。通过实验证明了激振源内嵌式结构具有良好的抗干扰能力和稳定性,为后续可实用的传感器整表研发提供了理论依据。