[發(fā)明專利]一種用于超聲波氣體流量計的模擬數字轉換器

在審

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• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN107907173A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 邵禹森
• 申請（專利權）人: 湖北天禹環(huán)保科技有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66;H03M1/12
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司11496
• 代理人: 王程遠

技術領域

本發(fā)明涉及一種超聲波氣體流量計，特別涉及一種用于超聲波氣體流量計的模擬數字轉換器。

背景技術

超聲波氣體流量計的核心測量超聲波信號從發(fā)送到接收的飛行時間，超聲波接收到的信號一般如附圖1所示，包括連個超聲波傳感器1,2。超聲波氣體流量計一般需要將信號輸入比較器電路，才能測量超聲波到達時間，輸入比較器的信號可能受氣體成分，溫度，壓力，濕度等各種因素影響而信號幅值大小不同，會產生問題。

因此一般在超聲波信號處理時一般會采用自動增益方案，自動增益方案首先采集超聲波信號的幅值，將超聲波信號幅值作為反饋信號，改變放大電路增益，從而調節(jié)信號大小，使得超聲波信號幅值無論外部環(huán)境如何變化都能夠維持在合適的范圍內，因此如何準確的獲取超聲波信號幅值是信號處理的核心問題之一。

獲取超聲波信號幅值常用的方法有：方案一，采用檢波電路，或得并保持超聲波信號中最大波峰的幅值，然后使用低速ADC采樣將信號幅值轉換為數字信號；方案二，采用快速ADC直接進行采樣，直接將超聲波模擬信號轉換為數字信號，一般使用DSP進行數字信號處理，可以得到每一個超聲波的波峰與波谷值。

為解決上述問題，現有的采用的方式有上述的方案一和方案二，但是上述方案并不能很好解決問題，主要原因在于方案一僅能獲得最大波峰的幅值，實際使用中用需要的是第一個波谷的幅值，最大波峰與第一個波谷不一定是成比例；方案二可以直接獲得第一個波谷的幅值，可是使用高速ADC必然會產生大量數據，一般也需要配套DSP進行信號處理，方案2成本較高，且功耗較大。

也即現有的技術中缺乏一種專門用于超聲波信號處理的模擬數字轉換器(ADC)，在不需要其他信號處理電路可以測得前幾個波谷幅值，這樣的技術問題。

發(fā)明內容

有鑒于此，本申請旨在解決現有的用于超聲波信號處理的模擬數字轉換器存在問題，

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現的：

一種用于超聲波氣體流量計的模擬數字轉換器，分辨率為n位的用于超聲波氣體流量計的模擬數字轉換器，其包括：

比較器，比較器的個數為2^n個，其構成超聲波信號比較結構，且第一比較器C1會在接收超聲波信號后產生周期信號時鐘脈沖(CP)；

D觸發(fā)器，D觸發(fā)器的個數為2^n-1個，其構成信息存儲部件；

2^n個電阻；

以及優(yōu)先編碼器。

作為本發(fā)明進一步的方案：比較器的輸出作為D觸發(fā)器的時鐘信號，D觸發(fā)器的數據輸入始終為1。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述模擬數字轉換器的工作原理如下，必要時，包括靜態(tài)描述和動態(tài)描述；

步驟1：發(fā)送超聲波驅動信號

步驟2：發(fā)送清零信號CLR

步驟3：等待超聲波接收信號到達，信號到達后，比較器C1會產生周期信號CP

步驟4：單片機在CP上升沿采集優(yōu)先編碼器輸出結果，第一個上升沿采集到的數據極為第一個波谷的幅值，依次類推。

觸發(fā)器在觸發(fā)后，只能等到下一次發(fā)送信號時清零，因此，在采集到最低波谷的幅值后，就不能采集后續(xù)波形的波谷。一般而言，后續(xù)波形的波谷幅值也沒有采集的必要。

本發(fā)明在并行ADC的基礎上，增加了清零時序，同時將比較器的輸出作為觸發(fā)器的時鐘信號，觸發(fā)器的數據輸入始終為1。可以用于低功耗電路，并且數據量遠小于快速ADC采樣方案，同時又能夠直接獲得前幾個波谷的幅值，非常適用于超聲波信號處理電路。

本申請的一種專門用于超聲波信號處理的模擬數字轉換器(ADC)，相對于普通的ADC，優(yōu)點為：功耗低，數據量低，不需要其他信號處理電路可以測得前幾個波谷幅值。缺點：只能進行波谷測量，不能適用于非超聲波信號處理，只能測量有限幾個波谷幅值。因而，應用于超聲波信號處理時，此方案是足夠滿足要求的。

附圖說明

構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是氣體流量計的結構示意圖；

圖2是現有技術中模擬數字轉換器；

圖3本發(fā)明的模擬數字轉換器；

圖4為檢波電路示意圖；

圖5為發(fā)明的原理圖。

具體實施方式