壓力是油氣管道系統(tǒng)中的重要參數(shù)之一，油氣管道系統(tǒng)的實時監(jiān)測和故障診斷通常要檢測出管道內(nèi)部各個部位的壓力。傳統(tǒng)的壓力測量方法種類繁多，但大多數(shù)采用的是介入式壓力測量，例如機械壓力表、壓阻式、振弦式、應(yīng)變式等壓力測量方法。介入式壓力測量需要預(yù)留壓力測量接口，破壞了管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性，在高壓情況下還存在安全隱患。因此，設(shè)計一種超聲波壓力測量裝置具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。
       隨著社會發(fā)展，人們追求簡單、方便、安全的測壓裝置。人們在改善這種工具方面進行了大量的探索和研究，也生產(chǎn)出了許多新型的產(chǎn)品。目前，有的超聲波壓力測量裝置不能消除超聲波在管壁和聲楔等介質(zhì)中因傳遞時間而產(chǎn)生的誤差，從而影響測量精度；有的超聲波測壓裝置的超聲波換能器采用單晶探頭，超聲波接收和發(fā)射采用一個換能器，這樣提高了電路設(shè)計的復(fù)雜度，也使壓力計算繁瑣；有的超聲波測壓裝置數(shù)據(jù)處理芯片采用單片機，但其處理速度不夠，對較小管道的壓力不能準(zhǔn)確測量。
       針對傳統(tǒng)壓力測量裝置和現(xiàn)有超聲波壓力測量裝置的不足，設(shè)計了一種基于DSP的超聲波壓力測量裝置。該裝置包括超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路、DSP及外圍控制電路、鍵盤及顯示單元。超聲波壓力測量裝置以DSP為核心，DSP特別適合信號處理運算，具有數(shù)據(jù)處理速度快、精度高等優(yōu)點。超聲波換能器采用雙晶直探頭，降低了系統(tǒng)電路設(shè)計的復(fù)雜程度。超聲波壓力測量原理采用時差法，原理簡單，降低了系統(tǒng)運算的復(fù)雜度。超聲波傳送時間采用平均值，提高了系統(tǒng)精度和壓力值的準(zhǔn)確度。超聲波壓力測量裝置從軟硬件兩個方面綜合考慮了系統(tǒng)的抗干擾因素，提高了超聲波測壓裝置的精度。
       超聲波測壓原理
       石油屬于烴類物質(zhì)，其聲學(xué)特性符合Kneser液體的規(guī)律。根據(jù)比卡爾的研究成果和《聲學(xué)手冊》提供的實驗數(shù)據(jù)，在一定溫度下，Kneser液體中液壓與聲速具有近似一次線性關(guān)系，尤其在壓力較高且溫度波動范圍不大的條件下，線性關(guān)系比較穩(wěn)定，其關(guān)系如式（1）所示。
       其中，C為液體中聲速，單位為m/s；C0為常溫、一個大氣壓下液體中聲速，單位為m/s；P為液體壓力，單位為Pa；K為比例系數(shù)。其中C0、K為常數(shù)，通過實驗或者查表可以求得。由式（1）可以看出，測量超聲波在管道中的聲速就能得到管道的壓力值。
        超聲波換能器采用雙晶直探頭，換能器用夾具對稱地接觸在管道兩側(cè)，其方式如圖1所示。