[發明專利]多聲道超聲波流量計的回波信號接收通道切換電路及方法

在審

• 申請號: 202211042358.1
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115371749A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 王士興;曹文文;楊朋
• 申請（專利權）人: 西安安森智能儀器股份有限公司;杭州安森智能信息技術有限公司
• 主分類號: G01F1/667
• 分類號: G01F1/667
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 張舉

本發明提供多聲道超聲波流量計的回波信號接收通道切換電路及方法，包括：多組信號限幅電路的輸入端分別接入超聲波換能器；雙路多通道數據選擇器的多個輸入端分別接入多組信號限幅電路的輸出端；雙路多通道數據選擇器的每一個地址端分別與MCU控制器的一個GPIO連接；雙路多通道數據選擇器的兩路公共端分別與雙通道多路復用器的A路通道公共端和B路通道公共端連接；雙通道多路復用器的A、B、C路的常閉端連接電源地，常開端相連；雙通道多路復用器的每一個地址端分別與MCU控制器的一個GPIO連接；雙通道多路復用器的C路通道公共端與電壓偏置電路連接。本發明提供了一種低功耗低成本的多聲道超聲波流量計的回波信號接收以及通道切換電路。

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，具體涉及多聲道超聲波流量計的回波信號接收通道切換電路及方法。

背景技術

由于超聲波流量計具有零壓損、大量程比、低始動流量、免維護等眾多優點，近幾年，在國內市場得到快速普及應用。而超聲波流量計的計量精度和可靠性可通過增加測量聲道獲得提升，因此在大部分的高精度和高可靠性應用場合，都要求采用多聲道超聲波流量計。當前國產超聲波流量計主流產品以單/雙聲道配置為主，采用多聲道配置涉及電路功耗、硬件成本、控制測量聲道的復雜度、聲道間相互耦合干擾、處理單元的計算能力等諸多因素。

眾所周知，超聲波流量計的測量聲道是由安裝在測量管道上的一對超聲波換能器和換能器驅動電路、回波信號調理電路組成，多個聲道就需多對換能器和換能器驅動電路、回波信號調理電路；同時超聲波換能器為收、發一體傳感器，既用于發射超聲波信號，同時也用于接收超聲波信號；因此換能器的驅動電路和回波信號接收電路同時連接于超聲波換能器一端，在超聲波換能器發射超聲波信號時，施加在超聲波換能器端的激勵脈沖信號同時會進入回波信號調理電路，在電路引起較大干擾，噪聲對超聲回波信號的干擾，進而影響測量精度。

當前業內多聲道超聲波流量計產品對多個測量聲道的解決方案，參考單聲道超聲波流量計，將單聲道電路進行復制，也即多個聲道配置多個獨立的換能器驅動電路和回波信號調理通道；也有采用模擬開關分時將換能器對切換至一對換能器驅動電路和回波信號調理通道，來達到降低功耗和降低成本的目的。

對于采用直接復制通道的方法，很明顯，硬件電路成本和功耗將隨聲道數增加而成倍增加，同時帶來電路板面積的增加等諸多問題；對于采用模擬開關的方式，模擬開關在切換時本身就會造成電路干擾，同時，因為原始回波信號基于零偏置的類正玄波信號，為使信號不失真，模擬開關需要采用雙電源供電，額外又增加了電路成本和功耗。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供多聲道超聲波流量計的回波信號接收通道切換電路及方法。

為實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

多聲道超聲波流量計的回波信號接收通道切換電路，包括：

電壓偏置電路、接收通道切換電路和多組信號限幅電路；

多組所述信號限幅電路的輸入端分別接入多聲道超聲波流量計的多個超聲波換能器；

所述接收通道切換電路包括MCU控制器、雙路多通道數據選擇器和雙通道多路復用器；

所述雙路多通道數據選擇器的多個輸入端分別接入多組所述信號限幅電路的輸出端；所述雙路多通道數據選擇器的每一個地址端分別與所述MCU控制器的一個GPIO連接；所述雙路多通道數據選擇器的兩路公共端分別與所述雙通道多路復用器的A路通道公共端和B路通道公共端連接；

所述雙通道多路復用器的A、B、C路的常閉端連接電源地，常開端相連；所述雙通道多路復用器的每一個地址端分別與MCU控制器的一個GPIO連接；所述雙通道多路復用器的C路通道公共端與所述電壓偏置電路連接。

優選地，每組所述信號限幅電路均包括：隔直電容、限流電阻和鉗位二極管；