[發明專利]一種間接測量超聲波傳輸時間的方法及電路

有效

• 申請號: 202010650060.3
• 申請日: 2020-07-08
• 公開（公告）號: CN111795727B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王安然;趙偉國;蔣延付
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01F1/667
• 分類號: G01F1/667
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.間接測量超聲波傳輸時間的方法，其特征在于：

單片機同步產生激勵信號和參考信號，每次測量選取一定數量脈沖激勵信號的通過分頻單元后的激勵信號送入超聲換能器，以產生一定數量連續的超聲波信號；

超聲換能器通過模擬開關改變其發送、接收狀態，超聲換能器接收到的回波信號通過信號處理得到方波信號；

由方波信號同步觸發時間脈寬轉換單元，回波信號的首個上升沿觸發開啟參考信號，以保證時間同步；

對參考信號進行預處理，通過分頻電路得到與分頻后激勵信號相同頻率的參考信號，通過脈寬調制增大高電平的占空比，通過移相電路移動參考信號的相對位置，使回波信號的上升沿與參考信號的下降沿之間的脈寬增大1/(2f)個周期,其中f為參考信號與回波信號的頻率；

由時間脈寬轉換單元將回波信號相對參考信號的偏移時間轉換為脈沖寬度，選取回波信號的上升沿與參考信號的下降沿之間的脈沖寬度作為非整周期超聲波傳輸時間；

脈寬電壓轉換單元主要選取由時間脈寬轉換單元得到的一定數量的連續波脈寬進行轉換，其中連續波脈寬的數量由可變窗口時間控制；

由一定數量的連續波脈寬高低電平控制恒流源對電容是否充電，電容兩端得到穩定的電壓通過采樣保持電路輸入單片機，從而實現脈寬與電壓的轉換，獲得準確的非整周期飛行時間，從而計算出順、逆流超聲波傳輸時間之差。

2.根據權利要求1所述的間接測量超聲波傳輸時間的方法，其特征在于：每次電壓轉換前，通過已知占空比脈寬對測量系統進行自校正，以減小誤差。

3.根據權利要求1所述的間接測量超聲波傳輸時間的方法，其特征在于：電源控制穩壓單元對比較單元和采樣保持單元進行電源控制，在非測量時間關閉電源，以降低功耗。

4.實現權利要求1所述的間接測量超聲波傳輸時間的方法的電路，其特征包括：

超聲換能器A、超聲換能器B、分頻單元、模擬開關單元、比較單元、預處理單元、時間脈寬轉換單元、脈寬電壓轉換單元、采樣保持單元、電源控制穩壓單元、溫度檢測單元以及單片機單元；

超聲換能器A、超聲換能器B安裝于管道的同側；

換能器A的輸入端與模擬開關第一通道電路的源端A連接；換能器B的輸入端與模擬開關第一通道電路的源端B連接；模擬開關第一通道的輸出端與比較單元的正輸入端連接；模擬開關第一通道的使能端與單片機的I/O口連接；

換能器A的輸入端與模擬開關第二通道電路的源端A連接；換能器B的輸入端與模擬開關第二通道電路的源端B連接；模擬開關第二通道的輸出端接地；模擬開關第二通道的使能端與單片機的I/O口連接；

分頻單元的輸入端與單片機的I/O口連接；分頻單元的輸出端與比較單元的正輸入端連接；比較單元的負輸入端與+1.5V電壓連接；比較單元的輸出端與時間脈寬轉換單元的第一比較端連接；比較單元的輸出端與時間脈寬轉換單元的時間同步控制端連接；

預處理單元的輸入端與單片機的I/O口連接；預處理單元的輸出端與時間脈寬轉換單元的第二比較端連接；

脈寬電壓轉換單元的輸入端與時間脈寬轉換單元的輸出端連接；脈寬電壓轉換單元的電壓泄放端與單片機的I/O口連接；脈寬電壓轉換單元的輸出端與采樣保持單元的輸入端連接；采樣保持單元的輸出端與單片機的I/O口連接；

電源控制穩壓單元的使能端與單片機的I/O口連接；電源控制穩壓單元的輸入端與+3V連接；電源控制穩壓單元的輸出端分別與比較單元、采樣保持單元芯片的電源端連接；

溫度檢測單元的輸入端與溫度傳感器及參考電阻連接；溫度檢測單元的輸出端與單片機的I/O口連接。