[發(fā)明專利]一種超聲波流量檢測電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010132731.3
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN102200457A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 費戰(zhàn)波;袁金龍;楚棟庭;關(guān)保東
• 申請（專利權(quán)）人: 河南新天科技股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流量測量領(lǐng)域，特別的公開了一種超聲波流量檢測電路。

(二)背景技術(shù)

當前，超聲波用于流體的流速測量有許多優(yōu)點。和傳統(tǒng)的機械式流量儀表電磁式流量儀表相比它的計量精度高，對管徑的適應(yīng)性強，非接觸流體，使用方便，易于數(shù)字化管理等等。超聲波測流體流量的原理是：超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息，因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。而應(yīng)用最為廣泛的是利用一對超聲波換能器相向交替(或同時)收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流體的流量。但是超聲波在順流、逆流中傳播時間差的測量量比較微小，對測量精度有一定的影響，為了提高測量精度，利用超聲波在順流、逆流中與基準波產(chǎn)生的相位差來測量流量為最佳選擇。目前，大多數(shù)廠家選用德國ACAM專利產(chǎn)品TDC-GP2時間間隔測量芯片通過直接時間差來測量流量，這種方式如果信號發(fā)射與接收時間控制不精確或?qū)﹄娐吩O(shè)計精度不夠高，會對時間測量產(chǎn)生隨機誤差，影響測量精度，尤其是在戶有小管徑小流量測量的時候穩(wěn)定度非常差，且成本較高，為了降低成本、提高測量精度，我公司研發(fā)出一種超聲波流量檢測電路。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超聲波流量檢測電路。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)難題所采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種超聲波流量檢測電路由超聲波源信號產(chǎn)生電路，信號發(fā)送、接收電路，檢波電路，檢相電路，“相-壓”轉(zhuǎn)換電路及微處理器的12位AD模塊組成。其特征是：超聲波源信號產(chǎn)生電路，產(chǎn)生一個1MHZ的信號持續(xù)整個順、逆流測量過程；檢波電路，濾除掉噪音和干擾信號檢測出真正的超聲波信號；檢相電路，將超聲波傳輸?shù)臅r間差轉(zhuǎn)換為相位差信號；“相-壓”轉(zhuǎn)換電路，將相位差信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；微處理器的12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，對“相-壓”轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號進行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，以便微處理器根據(jù)測得的數(shù)字信號通過相應(yīng)的軟件算法計算出流量。

1、超聲波源信號產(chǎn)生電路：

超聲波源信號產(chǎn)生電路中，發(fā)射信號由微控制器的系統(tǒng)時鐘(SMCLK)83引腳輸出頻率為4MHZ脈沖信號，此信號經(jīng)U9(74HC1G86，異或門)提高信號驅(qū)動能力，再經(jīng)U3(74HC74，雙D觸發(fā)器)組成的4分頻電路，將4MHZ信號分頻成1MHZ信號送給U4(74HC02，或非門)的11腳(A4)。該信號持續(xù)每一次測量的整個測量過程。

2、信號發(fā)送、接收電路：

(1)信號發(fā)送：

微處理器通過兩個I/O端口(65、66腳)控制U5(74HC4053，模擬開關(guān))進行發(fā)射、接收換能器的選擇。當66腳為高、65腳為低時換能器1為發(fā)送換能器，換能器2為接收換能器(即為順流測量)；當66腳為低、65腳為高時換能器2為發(fā)送換能器，換能器1為接收換能器(即為逆流測量)。

發(fā)射、接收換能器確定后，由微處理器I/O端口(69腳)輸出為低電平(平常為高電平)，使加載在U4(74HC02，或非門)11腳(A4)的發(fā)射信號反相后由U4的13腳(Y4)輸出通過U5加載到事先選定的發(fā)射換能器上，激勵換能器產(chǎn)生超聲波。

(2)信號接收：

當接收換能器接收到超聲波后將超聲波信號轉(zhuǎn)換為模擬電信號經(jīng)U5(74HC4053，模擬開關(guān))、C3電容濾波后送給U6(LMX331，高速比較器)(即檢波電路)。

3、檢波電路：

檢波電路主要是濾除噪音及干擾信號檢出真正的超聲波信號。由于檢相電路是由高速比較器組成，一直工作功耗會很大，所以電路上對其供電進行控制，只有在測量時對其供電，平時無電。在每次測量開始微處理器通過I/O端口(67腳)輸出低電平(平時為高電平)使Q2(9012)導(dǎo)通給U6(LMX331，高速比較器)供電，持續(xù)整個測量過程。

接收換能器接收的模擬信號送給比較器U6(LMX331，高速比較器)的(1腳)同相端。其反相端(3)為基準電平，主要通過電阻R22、R21和R20對電源電壓分壓得到。當電源電壓為3.6V時，基準電壓約為1.78V，即接收到的信號中只有高于1.78v脈沖才被視為有效的，低于1.78V脈沖(噪音、干擾信號)將被濾除。經(jīng)過檢相電路接收模擬信號中的真實信號并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號供后續(xù)檢相電路處理。

4、檢相電路：