計(jì)時終止方法和電路以及基于該電路的超聲波檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】計(jì)時終止方法和電路以及基于該電路的超聲波檢測系統(tǒng)
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及超聲波流體流量檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種計(jì)時終止方法和電路以及基于該電路的超聲波檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]超聲波計(jì)量儀表是一種采用超聲波檢測技術(shù)的全電子式流體流量檢測儀表。超聲波傳播時差法作為一種實(shí)現(xiàn)簡單、成本低廉的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，目前被廣泛應(yīng)用于超聲波水表、超聲波熱量表、超聲波燃?xì)獗砑俺暡髁坑?jì)等產(chǎn)品。超聲波計(jì)量儀表的流量計(jì)量精度主要取決于電路對超聲波在流體介質(zhì)中的傳播時間的檢測精度。目前，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換(TDC)專用集成電路芯片對于時間的計(jì)時精度可達(dá)20ps~50ps，使用此種芯片可以解決超聲波傳播時間的計(jì)時精度問題，然而計(jì)時的起始、停止時刻仍需要外部電路確定。
[0004]超聲波傳感器的原始激勵信號一般為方波脈沖序列的數(shù)字信號，可直接為即使電路提供計(jì)時起始時刻，且計(jì)時起始時刻可與此脈沖序列的指定脈沖邊沿精確同步。超聲波傳感器的回波信號為正弦包絡(luò)的模擬信號，無法直接為計(jì)時電路提供計(jì)時終止時刻，目前大多采用比較器電路將原始回波信號整形為脈沖序列，依據(jù)此脈沖序列的邊沿確定計(jì)時停止時刻。采用此種方法存在如下不足:其一，采用過零比較法，外界噪聲的干擾會導(dǎo)致整形后的脈沖序列寬度發(fā)生變換，進(jìn)而使得計(jì)時停止時刻發(fā)生變化；其二，采用閾值比較法，雖然可解決外界噪聲干擾的問題，但是換能器阻抗的溫度漂移特性會導(dǎo)致回波信號幅值的變化，使得不同水溫條件下計(jì)時停止時刻發(fā)生變化；其三，采用閾值與過零比較結(jié)合的方法，可解決以上噪聲以及溫度漂移問題，但是對換能器的阻抗一致性以及閾值動態(tài)調(diào)整軟件算法提出較高要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的首要目的在于提供一種計(jì)時終止方法，提高計(jì)量精度。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種計(jì)時終止方法，包括如下步驟:(A)將原始回波信號VO進(jìn)行幅值放大得到放大后的回波信號Vl ; (B)將放大后的回波信號Vl進(jìn)行相位平移得到相移后的回波信號V2 ; (C)對放大后的回波信號V1、相移后的回波信號V2分別進(jìn)行檢波得到半波包絡(luò)信號V3、V4 ; (D)將兩路半波包絡(luò)信號V3、V4進(jìn)行幅值比較得到負(fù)脈沖寬度信號V5并作為計(jì)時停止脈沖輸出至?xí)r間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果:通過對回波信號的處理，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的停止計(jì)時時刻僅與電路固有參數(shù)相關(guān)，與輸入信號的特性無關(guān)，避免了【背景技術(shù)】中述及的不足，提高計(jì)時精度，進(jìn)一步保證流量檢測的精度。
[0008]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種計(jì)時終止電路，提尚計(jì)量精度。
[0009]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種計(jì)時終止電路，包括放大電路，放大電路將原始回波信號進(jìn)行幅值放大后輸出至相移電路和第一檢波電路，相移電路將放大后的回波信號進(jìn)行相位平移后輸出至第二檢波電路，第一、二檢波電路對接收的信號進(jìn)行檢波后分別輸出至比較電路的正、反相輸入端，比較電路的輸出端與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片相連。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果:通過對回波信號的處理，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的停止計(jì)時時刻僅與電路固有參數(shù)相關(guān)，與輸入信號的特性無關(guān)，避免了【背景技術(shù)】中述及的不足，提高計(jì)時精度，進(jìn)一步保證流量檢測的精度。
[0011]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種基于前述電路的超聲波檢測系統(tǒng)，保證流量檢測的準(zhǔn)確性。
[0012]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于前述電路的超聲波檢測系統(tǒng)，包括激勵信號發(fā)生電路、模擬開關(guān)、上游超聲波傳感器、下游超聲波傳感器以及時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，激勵信號發(fā)生電路產(chǎn)生的方波激勵信號經(jīng)過模擬開關(guān)輸出至上游超聲波傳感器或下游超聲波傳感器，激勵信號發(fā)生電路產(chǎn)生的方波激勵信號輸出至?xí)r間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片啟動計(jì)時，下游超聲波傳感器或上游超聲波傳感器輸出的回波信號依次經(jīng)過模擬開關(guān)、計(jì)時終止電路輸出至?xí)r間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片停止計(jì)時。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下技術(shù)效果:通過對回波信號的處理，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的停止計(jì)時時刻僅與電路固有參數(shù)相關(guān)，與輸入信號的特性無關(guān)，避免了【背景技術(shù)】中述及的不足，提高計(jì)時精度，進(jìn)一步保證流量檢測的精度。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的原理框圖；
圖2是本發(fā)明的各信號波形圖；
圖3是本發(fā)明計(jì)時終止電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合圖1至圖3，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)敘述。
[0016]參閱圖1、圖2，一種計(jì)時終止方法，包括如下步驟:(A)將原始回波信號VO進(jìn)行幅值放大得到放大后的回波信號Vl ; (B)將放大后的回波信號Vl進(jìn)行相位平移得到相移后的回波信號V2 ; (C)對放大后的回波信號V1、相移后的回波信號V2分別進(jìn)行檢波得到半波包絡(luò)信號V3、V4 ; (D)將兩路半波包絡(luò)信號V3、V4進(jìn)行幅值比較得到負(fù)脈沖寬度信號V5并作為計(jì)時停止脈沖輸出至?xí)r間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片80。圖2中以一種回波信號為示例，詳細(xì)描述了各個步驟所處理得到的波形圖，該方法中，從波形圖我們也可以看出，負(fù)脈沖寬度信號V5的下降沿時刻由兩路半波包絡(luò)信號V3、V4之間的延時決定，而兩路半波包絡(luò)信號V3、V4的延時由步驟B中進(jìn)行相位平移的相移電路52的相移特性決定，因此，經(jīng)過一系列的處理后，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片80的停止計(jì)時時刻僅與電路固有參數(shù)有關(guān)，與輸入信號特性無關(guān)。
[0017]放大倍數(shù)過小，不宜后續(xù)的處理，放大倍數(shù)過大，容易產(chǎn)生失真，因此本實(shí)施例中優(yōu)選地所述的步驟A中，放大倍數(shù)為4~9倍。所述的步驟B中，放大后的回波信號Vl和相移后的回波信號V2之間的相位差為π /64-31 /32ο
[0018]參閱圖1、圖3，本發(fā)明還公開了一種計(jì)時終止電路，包括放大電路51，放大電路51將原始回波信號進(jìn)行幅值放大后輸出至相移電路52和第一檢波電路53，相移電路52將放大后的回波信號進(jìn)行相位平移后輸出至第二檢波電路54，第一、二檢波電路53、54對接收的信號進(jìn)行檢波后分別輸出至比較電路55的正、反相輸入端，比較電路55的輸出端與時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片80相連。這里各電路的設(shè)置，就是實(shí)現(xiàn)前述方法中的各中處理，包括幅值放大、相移、檢波、比較，原始回波信號經(jīng)過計(jì)時終止電路中各子電路的處理后，輸出一個負(fù)脈沖寬度信號至?xí)r間-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片80來終止計(jì)時，保證計(jì)時的準(zhǔn)確性。
[0019]具體地，所述的放大電路51包括運(yùn)算放大器U1A、UlB ;運(yùn)算放大器UlA的正相輸入端接收回波信號，正相輸入端還通過電阻R7接地，運(yùn)算放大器UlA的反相輸入端依次通過電阻R1、電容C3接地，反相輸入端還分別通過電阻R2、電容Cl與運(yùn)算放大器UlA的輸出端相連；運(yùn)算放大器UlB的正相輸入端與運(yùn)算放大器UlA的輸出端相連，運(yùn)算放大器UlB的反相輸入端依次通過電阻R3、電容C4接地，反相輸入端還分別通過電阻R4、電容C2與運(yùn)算放大器UlB的輸出端相連，運(yùn)算放大器UlB的輸出端與相移電路52、第一檢波電路53相連。這里通過兩個運(yùn)算放大器U1A、UAB，組成兩級放大電路，對輸出的回波信號進(jìn)行無失真幅值放大，放大倍數(shù)由配置的電阻、電容參數(shù)決定，一般單個放大電路的放大倍數(shù)為2-3倍之間，整個放大電路51的放大倍數(shù)在4-9倍之間。
[0020]具體地，所述的移相電路52包括電壓比較器U3，電壓比較器U3的正相輸入端依次通過電阻R15、R16與電壓比較器U3的反相輸入端相連，電阻R15、R16之間引出一條支路與運(yùn)算放大器UlB的輸出端相連；電壓比較器U3的正相輸入端通過電容ClO接地，電壓比較器U3的反相輸入端和輸出端之間連接有電阻R18，電壓比較器U3的輸出端與第二檢波電路54相連。在移相電路52中，其輸入正弦信號與輸出正弦信號之間的相位差由配置的電容ClO以及反饋電阻R18的參數(shù)來決定，一般相位差為/64- JT /32。
[0021]具體地，所述的第一檢波電路53包括三極管Ql，三極管Ql的基極通過電容C6與運(yùn)算放大器UlB的輸出端相連，三極管Ql的集電極分別通過電阻R6與三極管Ql的基極相連、通過電阻R5與電源相連、通過電容C5接地，三極管Ql的發(fā)射極通過電阻RlO接地，三極管Ql的