[發明專利]一種具有雙向識別功能的高精度時差捕捉與測量裝置

有效

• 申請號: 201210139474.5
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102645554A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉桂雄;朱斌庚;陳佳異
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01P5/18
• 代理公司: 北京捷誠信通專利事務所(普通合伙) 11221
• 代理人: 魏殿紳

技術領域

本發明涉及高精度時差測量，尤其涉及一種具有雙向識別功能的高精度時差捕捉與測量裝置，該裝置適用于時差式超聲波流速測量領域。

背景技術

在時差式超聲波流速測量系統中，需要精確測量超聲波在管道中的正程與逆程的傳播時間差，才能計算出流速。根據管道長度與流速測量范圍的不同，傳播時間差范圍通常為3ns--4us，因此只有進行高精度的時間測量，才能保證流量計產品精度符合國家標準要求。目前，在超聲波流速測量產品中，大多采用德國ACAM公司生產的TDC-GP2高分辨率時鐘芯片進行時間計量。這種芯片由數字時差轉換電路、溫度測量電路、運算電路、控制電路、時鐘電路、SPI接口電路、脈沖發生電路構成。顯然該芯片沒有集成模擬比較器，所以沒有輸入信號處理機制，系統需要外加信處理電路對輸入信號進行處理；測量儀器的設計中，MCU控制處理單元通常集成了A/D采樣轉換、時鐘電路、SPI接口等功能，采用時鐘芯片使得MCU的功能不能充分利用；同時這種芯片價格昂貴，所占成本比例較大，在大批量生產中不利于降低成本。

發明內容

為解決上述中存在的問題與缺陷，本發明提供了一種具有雙向識別功能的高精度時差捕捉與測量裝置。所述技術方案如下：

一種具有雙向識別功能的高精度時差捕捉與測量裝置，所述裝置包括：

模擬比較器、雙向鑒相電路、MCU控制處理單元及Δt/ΔU積分轉換器；所述；

模擬比較器，用于將輸入的超聲波回波信號整形為方波信號，并將所述信號接入所述雙向鑒相電路輸送到MCU控制處理單元；

MCU控制處理單元；通過設置的標準時間信號產生模塊產生標準延遲信號，并將所述標準延遲信號作為鑒相基準接入雙向鑒相電路；

雙向鑒相電路；將所述方波信號與所述標準標準延時信號進行相位判斷，得到時間段信號；

Δt/ΔU積分轉換器；將時間段信號轉換為電壓信號，并將所述電壓信號通過MCU控制處理單元中的A/D轉換模塊變成數字量。

本發明提供的技術方案的有益效果是：

能對超聲回波信號進行處理，充分利用MCU控制處理單元內置功能，器件利用率高、易實現高精度測量、結構簡單、生產成本低。

附圖說明

圖1是本發明電路原理結構示意圖；

圖2是模擬比較器電路原理示意圖；

圖3是雙向鑒相器電路原理示意圖；

圖4是Δt/ΔU積分轉換器電路原理示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述：

如圖1所示，展示了具有雙向識別功能的高精度時差捕捉與測量裝置結構，包括：模擬比較器1、雙向鑒相電路2、MCU控制處理單元7及Δt/ΔU積分轉換器4；所述；

模擬比較器，用于將輸入的超聲波回波信號整形為方波信號，并將所述信號接入所述雙向鑒相電路輸送到MCU控制處理單元；

MCU控制處理單元；通過設置的標準時間信號產生模塊3產生標準延遲信號，并將所述標準延遲信號作為鑒相基準接入雙向鑒相電路；

雙向鑒相電路；將所述方波信號與所述標準標準延時信號進行相位判斷，得到時間段信號；

Δt/ΔU積分轉換器；將時間段信號轉換為電壓信號，并將所述電壓信號通過MCU控制處理單元中的A/D轉換模塊5變成數字量。

上述MCU控制處理單元還用于對所述數字量進行計算，并由串行通信接口模塊6輸出。

如圖2所示，為模擬比較器電路原理示意圖，模擬比較電路包括電阻R₀、電阻R₁、電阻R₂、電容C₀和模擬比較器U₀，模擬比較器的信號輸入端由比較器U₀的同相輸入端接入，同時經電阻R₀和電阻R₁組成的積分電路接入U₀的反向輸入端，將輸入的超聲波回波信號整形為方波信號經輸出端OUT輸出。