一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種逐級(jí)增強(qiáng)電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路。電路用三個(gè)不同強(qiáng)度的電壓方波對超聲波傳感器激勵(lì)，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對波形峰值的特征點(diǎn)定位，計(jì)算波形的渡越時(shí)間。本發(fā)明電路組成包括：第一多路選通（4）用于在四個(gè)備選電壓中選擇并構(gòu)造激勵(lì)信號(hào)，通過第二多路選通（5）將激勵(lì)信號(hào)送給發(fā)送傳感器，回波信號(hào)導(dǎo)入后處理電路；波形特征點(diǎn)判定電路（6）根據(jù)激勵(lì)與回波的峰值對應(yīng)關(guān)系，將各自峰值之后的第一個(gè)過零點(diǎn)位置判斷出來，獲得渡越時(shí)間差。本發(fā)明利用的是激勵(lì)與接收波的峰值對應(yīng)關(guān)系確定特征點(diǎn)，為了避免接收波峰值受到外界干擾而導(dǎo)致錯(cuò)位，采用階梯電壓激勵(lì)拉大峰值的電壓差，增加抗干擾的容限。
【專利說明】一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量超聲波渡越時(shí)間的電路，具體是一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]時(shí)差式超聲波流量計(jì)依靠檢測流動(dòng)介質(zhì)對超聲波信號(hào)的調(diào)制作用，獲得聲波在固定長度聲道上的渡越時(shí)間，從而推算出介質(zhì)的流速數(shù)據(jù)。當(dāng)前超聲波流量計(jì)通常采取對波形的特定標(biāo)記點(diǎn)識(shí)別來判斷渡越時(shí)間，因此對波形上特定標(biāo)記點(diǎn)的判斷就成了時(shí)差式超聲波流量計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在發(fā)出超聲波信號(hào)時(shí)，采取的主要方法包括:
1、采用等幅方波序列激勵(lì)，并設(shè)置閾值，當(dāng)信號(hào)復(fù)制超過閾值后，采用其后若干個(gè)波形的過零點(diǎn)位置作為特征位置。這種方法在氣體時(shí)差式流量計(jì)中應(yīng)用存在一定困難，當(dāng)流動(dòng)穩(wěn)定性較差時(shí)，其幅值在不同時(shí)間段可能存在一定的變動(dòng)，導(dǎo)致閾值無法定位到同一個(gè)波形上，從而出現(xiàn)特征點(diǎn)的跨周期誤判。如圖2和圖4所示。
[0004]2、采用帶有頻率編碼等幅方波激勵(lì)，并檢測接收波形中的頻率變化情況，通過與激勵(lì)編碼的對應(yīng)關(guān)系確定確定波形特征點(diǎn)，如圖3和圖5所示。這種方式在雷達(dá)上使用較多，但是在超聲波傳感器上使用有一定問題。超聲波傳感器在其諧振頻率點(diǎn)上可以獲得最好的輸出情況，但采用編碼發(fā)射就不可避免的需要偏離其諧振頻點(diǎn)。超聲波傳感器在小于諧振頻率工作時(shí)，電流超前電壓體現(xiàn)容性，而大于諧振頻率工作時(shí)電路體現(xiàn)感性。在實(shí)際工作中接收到的波形將難以出現(xiàn)理想的編碼效果，且波形中存在明顯的過渡頻率成分，特征點(diǎn)也非常容易出現(xiàn)周期誤判。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中對超聲波過零點(diǎn)判定失誤率較大與算法復(fù)雜的問題，設(shè)計(jì)一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)方法，利用信號(hào)幅值來標(biāo)記波形的對應(yīng)關(guān)系，確定超聲波渡越時(shí)間。其采用的采用的技術(shù)方案是:一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，用于流量計(jì)殼體與兩個(gè)超聲波傳感器構(gòu)成流量計(jì)的一次儀表，包括:第一多路選通器，產(chǎn)生逐級(jí)增強(qiáng)電壓激勵(lì)信號(hào)；第二多路選通器，通過所述第二多路選通器實(shí)現(xiàn)激勵(lì)與接收信號(hào)在所述兩個(gè)超聲波傳感器之間的切換；波形特征點(diǎn)判定電路輸入激勵(lì)信號(hào)與接收信號(hào)，并利用其中的波形最高峰值來確定兩者的對應(yīng)關(guān)系，并在其后的第一個(gè)上穿越過零點(diǎn)時(shí)刻相減作為渡越時(shí)間；渡越時(shí)間濾波輸出器將所述波形特征點(diǎn)判定電路輸入的結(jié)果平滑濾波后，實(shí)現(xiàn)輸出。
[0007]進(jìn)一步的,采用1.8^3.3V使超聲傳感器的起振。
[0008]進(jìn)一步的，使用5V電壓激勵(lì)。
[0009]進(jìn)一步的，工作電壓為20~24V。[0010]進(jìn)一步的，激勵(lì)超聲波傳感器的信號(hào)具有四個(gè)電壓的方波序列。
[0011]本發(fā)明專利的有益效果是，將幅值作為波形定位點(diǎn)的判定依據(jù)進(jìn)行工作，規(guī)避了其他技術(shù)中對過零點(diǎn)位置容易出現(xiàn)誤判的問題。且通過拉大最大激勵(lì)電壓與其他電壓之間的差距，加大流動(dòng)引起信號(hào)幅值變化的容限，增加判斷特征點(diǎn)的穩(wěn)定性。
[0012]本電路在工作過程中構(gòu)造一個(gè)具有逐級(jí)升高電壓幅值的方波序列，從而從利用激勵(lì)與接收波形在峰值的對應(yīng)關(guān)系確定兩者的對應(yīng)關(guān)系，本工作原理可有效避免現(xiàn)有技術(shù)中在等幅方波序列與正弦波序列中尋找對應(yīng)關(guān)系可能存在的對應(yīng)錯(cuò)誤問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的電路組成結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中利用等幅值固定頻率的方波序列去激勵(lì)傳感器的示意圖；
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中利用等幅值頻率編碼的方波序列去激勵(lì)傳感器的示意圖；
圖4是現(xiàn)有技術(shù)中利用單一閾值法判定波形特征點(diǎn)的示意圖；
圖5是現(xiàn)有技術(shù)中利用波形中的頻率變化判定波形特征點(diǎn)的示意圖；
圖6是逐級(jí)增強(qiáng)電壓激勵(lì)信號(hào)與接收信號(hào)的波形對比示意圖。
[0014]圖中各附圖標(biāo)記含義為:1-流量計(jì)殼體；2、3_超聲波傳感器；4-第一多路選通器；5_第二多路選通器；6_波形特征點(diǎn)判定電路；7_渡越時(shí)間濾波輸出器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]本發(fā)明的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，構(gòu)造電壓幅值逐級(jí)增加的三級(jí)方波序列，同時(shí)盡量拉開各級(jí)間的激勵(lì)電壓差值。在接收信號(hào)中，也會(huì)對應(yīng)產(chǎn)生幅值差異，從而可以將該參數(shù)作為與激勵(lì)信號(hào)對應(yīng)波形的標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)渡越時(shí)間的測量。為了實(shí)現(xiàn)以上邏輯關(guān)系，電路系統(tǒng)中設(shè)置了:第一多路選通4，用于構(gòu)造電壓幅值逐級(jí)增加的方波序列；第二多路選通5，將激勵(lì)電壓與接收信號(hào)在兩個(gè)超聲波傳感器上切換，實(shí)現(xiàn)順流逆流測試；波形特征點(diǎn)判定電路6需要輸入激勵(lì)信號(hào)與接收信號(hào)，并利用其中的波形最高峰值來確定兩者的對應(yīng)關(guān)系，并在其后的第一個(gè)上穿越過零點(diǎn)時(shí)刻相減作為渡越時(shí)間；渡越時(shí)間濾波輸出器7將波形特征點(diǎn)判定電路6輸入的結(jié)果平滑濾波后，實(shí)現(xiàn)輸出。
[0017]本發(fā)明的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，流量計(jì)殼體I與超聲波傳感器2、3構(gòu)成流量計(jì)的一次儀表；本發(fā)明電路部分包括:第一多路選通器4，產(chǎn)生逐級(jí)增強(qiáng)電壓激勵(lì)信號(hào)；通過第二多路選通器5實(shí)現(xiàn)激勵(lì)與接收信號(hào)在兩個(gè)超聲波傳感器2、3之間的切換，達(dá)到順流逆流測量的目的；波形特征點(diǎn)判定電路6需要輸入激勵(lì)信號(hào)與接收信號(hào)，并利用其中的波形最高峰值來確定兩者的對應(yīng)關(guān)系，并在其后的第一個(gè)上穿越過零點(diǎn)時(shí)刻相減作為渡越時(shí)間；渡越時(shí)間濾波輸出器7將波形特征點(diǎn)判定電路6輸入的結(jié)果平滑濾波后，實(shí)現(xiàn)輸出。各個(gè)關(guān)鍵部分的信號(hào)波形如圖6所示。
[0018]實(shí)施中，備選電壓分別設(shè)計(jì)為:1.8?3.3V，這個(gè)小電壓激勵(lì)是為了超聲傳感器的起振，然后使用5V電壓激勵(lì)，最后的工作電壓是20?24V電壓產(chǎn)生一個(gè)峰值電壓標(biāo)記。以上電壓在常規(guī)超聲波流量計(jì)電路中均有存在，且盡量拉大了峰值電壓與其他電壓之間的差值，可獲得較好的峰值標(biāo)記效果。圖6中可以比較清晰的看出激勵(lì)電壓與接收信號(hào)之間的波形對應(yīng)關(guān)系，在峰值出現(xiàn)后，在其后的第一個(gè)上穿越過零點(diǎn)位置，作為信號(hào)的對應(yīng)點(diǎn)計(jì)算渡越時(shí)間。其后的接收波形為傳感器自由震蕩，不再接收。
[0019]本發(fā)明使用逐級(jí)升高電壓激勵(lì)，并根據(jù)接收波與激勵(lì)波形之間的最高幅值對應(yīng)關(guān)系來判定特征點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用非常明顯的幅值變化來確定對應(yīng)點(diǎn)，同時(shí)為了避免流動(dòng)波動(dòng)引起信號(hào)幅值變化，將最大激勵(lì)電壓與其他電壓值拉開較大差距，加大流動(dòng)引起信號(hào)幅值變化的容限，增加判斷特征點(diǎn)的穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，用于流量計(jì)殼體(I)與兩個(gè)超聲波傳感器(2、3)構(gòu)成流量計(jì)的一次儀表，包括:第一多路選通器(4)，產(chǎn)生逐級(jí)增強(qiáng)電壓激勵(lì)信號(hào)；第二多路選通器(5)，通過所述第二多路選通器(5)實(shí)現(xiàn)激勵(lì)與接收信號(hào)在所述兩個(gè)超聲波傳感器(2、3)之間的切換；波形特征點(diǎn)判定電路(6)輸入激勵(lì)信號(hào)與接收信號(hào)，并利用其中的波形最高峰值來確定兩者的對應(yīng)關(guān)系，并在其后的第一個(gè)上穿越過零點(diǎn)時(shí)刻相減作為渡越時(shí)間；渡越時(shí)間濾波輸出器(7)將所述波形特征點(diǎn)判定電路(6)輸入的結(jié)果平滑濾波后，實(shí)現(xiàn)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，其特征在于:采用1.8^3.3V使超聲傳感器的起振。
3.如權(quán)利要求1所述的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，其特征在于:使用5V電壓激勵(lì)。
4.如權(quán)利要求1所述的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，其特征在于:工作電壓為20~24V。
5.如權(quán)利要求1所述的逐級(jí)升高電壓激勵(lì)測量超聲波渡越時(shí)間的電路，其特征在于:激勵(lì)超聲波傳感器的信號(hào) 具有四個(gè)電壓的方波序列。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK103471668SQ201310333978
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】沈衛(wèi)平, 鮑敏, 鄭錫斌, 吳春華 申請人:浙江理工大學(xué)