一種超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的雙閾值檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的雙閾值檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，屬于流量計(jì)量?jī)x表領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波流量計(jì)是利用流體流動(dòng)對(duì)超聲波信號(hào)調(diào)制，通過檢測(cè)信號(hào)的傳播時(shí)間來獲得體積流量的一種計(jì)量?jī)x表。超聲波流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，測(cè)量范圍大，穩(wěn)定性好，精度高等特點(diǎn)。此外超聲波流量計(jì)還是一種非接觸測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量管路不會(huì)產(chǎn)生壓力損失，對(duì)測(cè)量介質(zhì)沒有要求，可測(cè)量各種氣體和液體介質(zhì)的流速。
[0003]在一個(gè)測(cè)量超聲波傳播時(shí)間過程中，當(dāng)激勵(lì)線路開始產(chǎn)生激勵(lì)脈沖時(shí)給高精度時(shí)間測(cè)量單元使能信號(hào)開始計(jì)時(shí)，將接收端接收到超聲波信號(hào)經(jīng)過檢測(cè)處理后，判斷接收時(shí)刻并產(chǎn)生停止計(jì)時(shí)使能信號(hào)，高精度時(shí)間測(cè)量單元停止計(jì)時(shí)。超聲波信號(hào)的質(zhì)量決定了超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量精度，超聲換能器的動(dòng)態(tài)參數(shù)會(huì)隨著溫度變化而發(fā)生變化，經(jīng)相同的激勵(lì)脈沖激勵(lì)后所產(chǎn)生的超聲波經(jīng)流體傳播到接收端后，其幅值會(huì)發(fā)生變化；超聲波在流體傳播中受流體溫度和粘度影響，接收到的超聲波信號(hào)幅值也會(huì)發(fā)生變化。那么如何在接收信號(hào)中選擇合適的判定點(diǎn)作為停止計(jì)時(shí)點(diǎn)，這是決定測(cè)量精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]目前傳播時(shí)間法測(cè)量采用單一閾值和超聲波信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈沖上升沿作為停止計(jì)時(shí)使能，這種方法對(duì)于理想型或者微小幅值變化超聲波信號(hào)可行，而針對(duì)超聲波信號(hào)因溫度或其他原因超聲信號(hào)幅值變化大情況，則單一閾值處理方法的適應(yīng)性不強(qiáng)，測(cè)量精度不高。當(dāng)超聲波信號(hào)幅值出現(xiàn)變化大時(shí)，經(jīng)單一閾值檢測(cè)處理的超聲波傳播時(shí)間有明顯的增大或者減小，導(dǎo)致流量測(cè)量精度降低。超聲換能器的動(dòng)態(tài)參數(shù)會(huì)隨著溫度變化而發(fā)生變化，經(jīng)相同的激勵(lì)脈沖激勵(lì)后所產(chǎn)生的超聲波經(jīng)流體傳播到接收端后，其幅值會(huì)發(fā)生變化；超聲波在流體傳播中受流體溫度和粘度影響，接收到的超聲波信號(hào)幅值也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)超聲波信號(hào)進(jìn)行單一閾值比較時(shí)，存在超聲波信號(hào)變化導(dǎo)致超聲波傳播時(shí)間停止計(jì)時(shí)使能產(chǎn)生變化，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)接收到的超聲波信號(hào)變化的情況，本發(fā)明提出了一種超聲波信號(hào)雙閾值檢測(cè)處理方法。通過對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行雙閾值檢測(cè)及雙外部控制信號(hào)邏輯鎖存控制，產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)脈沖，以脈沖上升沿作為超聲波傳播時(shí)間停止計(jì)時(shí)使能，能夠提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]提供一種超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的雙閾值檢測(cè)電路，包括第一比較器、第二比較器、第一或非門、與門、非門和第二或非門；
[0008]第一比較器的正輸入端接入被測(cè)超聲波信號(hào)，負(fù)輸入端接入第一閾值信號(hào)，輸出端連接與門的一個(gè)輸入端，反向輸出端連接與第一或非門的一個(gè)輸入端，鎖存端連接第一或非門的輸出端；
[0009]第二比較器的負(fù)輸入端接入被測(cè)超聲波信號(hào)，正輸入端接入第二閾值信號(hào)，輸出端連接與門的另一個(gè)輸入端，反向輸出端懸空，鎖存端連接與第二或非門的輸出端；
[0010]第一或非門的一個(gè)輸入端連接第一比較器的反向輸出端，另一個(gè)輸入端連接第一外部控制信號(hào)，輸出端連接第一比較器的鎖存端；
[0011 ] 與門的一個(gè)輸入端連接第一比較器的輸出端，另一個(gè)輸入端連接第二比較器的輸出端，輸出端輸出stop信號(hào)，Stop信號(hào)的上升沿作為對(duì)被測(cè)超聲波信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)時(shí)的終止點(diǎn)，輸出端還連接非門的輸入端；
[0012]非門的輸入端連接與門的輸出端，輸出端連接第二或非門的一個(gè)輸入端；
[0013]第二或非門的一個(gè)輸入端連接非門的輸出端，另一個(gè)輸入端連接第二外部控制信號(hào)，輸出端連接第二比較器的鎖存端；
[0014]第一閾值信號(hào)為0.2?0.5V ;
[0015]第二閾值信號(hào)為0?20mV ；
[0016]第一外部控制信號(hào)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0017]第二外部控制信號(hào)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平或高電平。
[0018]優(yōu)選的，第二外部控制信號(hào)(Latch2)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平，Stop信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平后，保持高電平。
[0019]優(yōu)選的，第二外部控制信號(hào)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為高電平，Stop信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，形成η個(gè)脈沖信號(hào)。
[0020]提供一種超聲波信號(hào)傳播時(shí)間的雙閾值檢測(cè)電路，包括第一比較器、第二比較器、第一或非門、與門；
[0021]第一比較器的正輸入端接入被測(cè)超聲波信號(hào)，負(fù)輸入端接入第一閾值信號(hào)，輸出端連接與門的一個(gè)輸入端，反向輸出端連接與第一或非門的一個(gè)輸入端，鎖存端連接第一或非門的輸出端；
[0022]第二比較器的負(fù)輸入端接入被測(cè)超聲波信號(hào)，正輸入端接入第二閾值信號(hào)，輸出端連接與門的另一個(gè)輸入端，反向輸出端懸空，鎖存端接地；
[0023]第一或非門的一個(gè)輸入端連接第一比較器的反向輸出端，另一個(gè)輸入端連接第一外部控制信號(hào)，輸出端連接第一比較器的鎖存端；
[0024]與門的一個(gè)輸入端連接第一比較器的輸出端，另一個(gè)輸入端連接第二比較器的輸出端，輸出端輸出Stop信號(hào)，該信號(hào)的上升沿作為對(duì)被測(cè)超聲波信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)時(shí)的終止占.
[0025]第一閾值信號(hào)為0.2?0.5V之間的恒定電平；
[0026]第二閾值信號(hào)為0?20mV之間的恒定電平；
[0027]第一外部控制信號(hào)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平。
[0028]同時(shí)提供一種基于所述超聲波信號(hào)雙閾值檢測(cè)電路的檢測(cè)方法包括如下步驟:
[0029](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵(lì)脈沖，激勵(lì)脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元開始計(jì)時(shí)；
[0030](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后，第一外部控制信號(hào)和第二外部控制信號(hào)由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0031](3)被測(cè)超聲波信號(hào)由高于第二閾值信號(hào)下降到低于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測(cè)超聲波信號(hào)低于第二閾值信號(hào)上升到高于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測(cè)超聲波信號(hào)高于第一閾值信號(hào)后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時(shí)輸出高電平時(shí)，Stop信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，同時(shí)第二或非門輸出信號(hào)為高電平，第二比較器輸出信號(hào)鎖存為高電平，Stop信號(hào)保持高電平；
[0032](4) Stop信號(hào)的上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元停止計(jì)時(shí)，獲得超聲波傳播時(shí)間。
[0033]提供一種基于所述超聲波信號(hào)雙閾值檢測(cè)電路的檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟:
[0034](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵(lì)脈沖，激勵(lì)脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元開始計(jì)時(shí)；
[0035](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?lOOys后，第一外部控制信號(hào)由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；第二外部控制信號(hào)由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平；
[0036](3)被測(cè)超聲波信號(hào)由高于第二閾值信號(hào)下降到低于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測(cè)超聲波信號(hào)低于第二閾值信號(hào)上升到高于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測(cè)超聲波信號(hào)高于第一閾值信號(hào)后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時(shí)輸出高電平時(shí)，Stop信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，輸出η個(gè)脈沖信號(hào)；
[0037](4) Stop信號(hào)的η個(gè)上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元η次停止計(jì)時(shí)，獲得η個(gè)超聲波傳播時(shí)間測(cè)量值，依次為?\、Τ2...Τη，由1\、IV..Τη計(jì)算獲得超聲波傳播時(shí)間。
[0038]優(yōu)選的，由VIV..!；計(jì)算獲得超聲波傳播時(shí)間的具體方法為:T pTyTjl算術(shù)平均值作為超聲波傳播時(shí)間。
[0039]提供一種基于所述超聲波信號(hào)雙閾值檢測(cè)電路的檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0040](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵(lì)脈沖，激勵(lì)脈沖的上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元開始計(jì)時(shí)；
[0041](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后，第一外部控制信號(hào)由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0042](3)被測(cè)超聲波信號(hào)由高于第二閾值信號(hào)下降到低于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測(cè)超聲波信號(hào)低于第二閾值信號(hào)上升到高于第二閾值信號(hào)時(shí)，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測(cè)超聲波信號(hào)高于第一閾值信號(hào)后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時(shí)輸出高電平時(shí)，Stop信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，輸出η個(gè)脈沖信號(hào)；
[0043]⑷Stop信號(hào)的η個(gè)上升沿觸發(fā)時(shí)間測(cè)量單元η次停止計(jì)時(shí)，獲得η個(gè)超聲波傳播時(shí)間測(cè)量值，依次為?\、Τ2...Τη，由1\、IV..Τη計(jì)算獲得超聲波傳播時(shí)間。
[0044]優(yōu)選的，由VIV..!；計(jì)算獲得超聲波傳播時(shí)間的具體方法為:T pIV-Tjl算術(shù)平均值作為超聲波傳播時(shí)間。
[0045]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0046](1)引入雙高速比較器，能夠?qū)⒔邮盏降某暡ㄐ盘?hào)進(jìn)行雙閾值檢測(cè)，從而通過邏輯控制產(chǎn)生Stop脈沖，使用其上升沿作為超聲波傳播時(shí)間停止計(jì)時(shí)使能，避免了超聲波在流