專利名稱：一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種時(shí)間測(cè)量電路，尤其是涉及一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路。
背景技術(shù)：
熱量表在測(cè)量流量時(shí)可以通過超聲波進(jìn)行測(cè)量，主要利用了超聲波在水中順流時(shí)和逆流時(shí)的速度不同，通過計(jì)算超聲波在順流時(shí)和逆流時(shí)通過統(tǒng)一距離的時(shí)間差來得到水流的速度，因此測(cè)量的精度主要取決于時(shí)間測(cè)量的精度。目前，應(yīng)用于超聲波傳播時(shí)差測(cè)量電路有脈沖計(jì)數(shù)型、鎖相環(huán)路型和ACAM公司出產(chǎn)的名為TDC-GP2的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片型。脈沖計(jì)數(shù)型是一種以激勵(lì)脈沖為計(jì)時(shí)脈沖，通過計(jì)量脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算時(shí)間的一種粗計(jì)時(shí)方法。它的精度取決于計(jì)數(shù)時(shí)鐘的頻率大小，目前受硬件的限制，脈沖頻率不能無限制增加，導(dǎo)致該電路測(cè)量精度不高。鎖相環(huán)路型是鎖相環(huán)原理的一種改進(jìn)型應(yīng)用于超聲波流量測(cè)量電路。這種電路要求所用鎖相環(huán)具有較大的頻偏范圍，而且由于所要求的頻率變化范圍很大，存在頻率不穩(wěn)定引起的誤差分量。同時(shí)電路實(shí)施較為復(fù)雜，技術(shù)要求高。TDC-GP2利用現(xiàn)代化的純數(shù)字CMOS技術(shù)，以信號(hào)通過邏輯門電路的時(shí)間來測(cè)量時(shí)間間隔，精度可達(dá)65ps的高精度時(shí)間計(jì)量芯片。雖然該芯片的應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，但65ps的計(jì)量精度仍未能滿足制造高性能儀表的要求，而且成本較高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，能夠大幅提聞?dòng)?jì)量精度。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案得以解決:一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，包括待測(cè)時(shí)間產(chǎn)生模塊、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊、時(shí)序控制模塊、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓采集模塊和計(jì)算模塊，待測(cè)時(shí)間模塊包括一對(duì)換能器，其中一個(gè)換能器發(fā)出超聲波信號(hào)，待測(cè)時(shí)間計(jì)時(shí)開始，待測(cè)時(shí)間模塊向外輸出方波，另一個(gè)換能器接收到超聲波信號(hào)后時(shí)，待測(cè)時(shí)間模塊停止向外輸出方波，這樣就形成一個(gè)寬度為待測(cè)時(shí)間的方波；標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)度給定的方波；時(shí)序控制模塊用于接收待測(cè)時(shí)間模塊和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模塊提供的方波信號(hào)，并在方波信號(hào)的起點(diǎn)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在方波的終點(diǎn)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊，由恒流源、電容器和控制開關(guān)組成，所述控制開關(guān)接收到所述時(shí)序控制模塊提供的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，連通所述恒流源和所述電容器進(jìn)行充電，所述控制開關(guān)接收到所述時(shí)序控制模塊提供的關(guān)閉信號(hào)時(shí)，斷開所述恒流源和所述電容器之間的連接，充電結(jié)束；所述電壓采集模塊，用于采集電容器兩端電壓，供所述計(jì)算模塊計(jì)算；所述計(jì)算模塊接收所述電壓采集模塊測(cè)得的電壓值，并進(jìn)行計(jì)算，得到待測(cè)時(shí)間。電路先由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路來控制時(shí)序經(jīng)時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路得到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量，然后由換能器驅(qū)動(dòng)接收電路來控制時(shí)序得到超聲波傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量，兩者在較短時(shí)間的變化量是一致。系統(tǒng)在極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和超聲波傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量。再將兩者的比值乘以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間得到待測(cè)時(shí)間。故系統(tǒng)可以通過此電路來測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的順逆流時(shí)間差，進(jìn)而得到介質(zhì)流速和流量。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述計(jì)算模塊為單片機(jī)。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述電壓采集模塊為AD轉(zhuǎn)換電路。本實(shí)用新型的有益效果是:基于電容充放電原理，用一個(gè)恒流源在一定的時(shí)間間隔內(nèi)給電容充電。由于充電時(shí)間和電容電壓的近似線性關(guān)系，所以待測(cè)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的比值等于待測(cè)時(shí)間內(nèi)充電得到的電容電壓與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)充電得到的電容電壓的比值，把這個(gè)電壓變化量與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相乘得到待測(cè)時(shí)間，采用種方法測(cè)量待測(cè)時(shí)間，測(cè)量的精度大大提聞。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路框圖。圖2為時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述:參見圖1至圖2，一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，包括待測(cè)時(shí)間產(chǎn)生模塊、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊、時(shí)序控制模塊、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊、AD轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)。待測(cè)時(shí)間模塊包括一對(duì)換能器，其中一個(gè)換能器發(fā)出超聲波信號(hào)，待測(cè)時(shí)間計(jì)時(shí)開始，待測(cè)時(shí)間模塊向外輸出方波，另一個(gè)換能器接收到超聲波信號(hào)后時(shí)，待測(cè)時(shí)間模塊停止向外輸出方波，這樣也就形成一個(gè)寬度為待測(cè)時(shí)間的方波。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊由單片機(jī)的晶振產(chǎn)生，本實(shí)施例中采用的單片機(jī)的晶振的頻率為4MHZ，因此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的方波的寬度為250ns。時(shí)序控制模塊用于接收待測(cè)時(shí)間模塊和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模塊提供的方波信號(hào)，并在方波信號(hào)的起點(diǎn)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在方波的終點(diǎn)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)。時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊:由恒流源、電容器和控制開關(guān)組成。控制開關(guān)接收到時(shí)序控制模塊提供的充電開啟信號(hào)對(duì)電容器進(jìn)行充電，到接收到關(guān)斷信號(hào)充電停止，電容器兩端的電壓就是時(shí)間產(chǎn)生電路的時(shí)間對(duì)應(yīng)值。AD轉(zhuǎn)換電路:由單片機(jī)自帶的AD模塊采集電容器兩端電壓并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，供單片機(jī)計(jì)算。具體的測(cè)量步驟為:1、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個(gè)250ns的方波。2、時(shí)序控制模塊接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模塊提供的方波信號(hào)，并在方波信號(hào)的起點(diǎn)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在方波的終點(diǎn)發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。3、控制開關(guān)接收到時(shí)序控制模塊提供的充電開啟信號(hào)時(shí)，連通恒流源和電容器進(jìn)行充電；到接收到關(guān)斷信號(hào)時(shí)，控制開關(guān)斷開恒流源和電容器之間的連接，充電停止。充電時(shí)間的長(zhǎng)度與電容器兩端電壓之間呈正比。4、由單片機(jī)自帶的AD模塊采集電容器兩端電壓Vl并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，供單片機(jī)計(jì)笪5、待測(cè)時(shí)間產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個(gè)方波。6、重復(fù)第2和第4兩步驟，將電容器兩端的電壓V2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，供單片機(jī)計(jì)算。7、單片機(jī)利用公式:待測(cè)時(shí)間=(V1/V2) *250ns，計(jì)算得到待測(cè)時(shí)間。采用這種方法測(cè)量待測(cè)時(shí)間的精度為:
權(quán)利要求1.種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，其特征在于:包括待測(cè)時(shí)間產(chǎn)生模塊、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊、時(shí)序控制模塊、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓采集模塊和計(jì)算模塊，待測(cè)時(shí)間模塊包括一對(duì)換能器，其中一個(gè)換能器發(fā)出超聲波信號(hào)，待測(cè)時(shí)間計(jì)時(shí)開始，待測(cè)時(shí)間模塊向外輸出方波，另一個(gè)換能器接收到超聲波信號(hào)后時(shí)，待測(cè)時(shí)間模塊停止向外輸出方波，這樣就形成一個(gè)寬度為待測(cè)時(shí)間的方波；標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)度給定的方波；時(shí)序控制模塊用于接收待測(cè)時(shí)間模塊和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間模塊提供的方波信號(hào)，并在方波信號(hào)的起點(diǎn)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，在方波的終點(diǎn)發(fā)出關(guān)閉信號(hào)；時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊，由恒流源、電容器和控制開關(guān)組成，所述控制開關(guān)接收到所述時(shí)序控制模塊提供的啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，連通所述恒流源和所述電容器進(jìn)行充電，所述控制開關(guān)接收到所述時(shí)序控制模塊提供的關(guān)閉信號(hào)時(shí)，斷開所述恒流源和所述電容器之間的連接，充電結(jié)束；所述電壓采集模塊，用于采集電容器兩端電壓，供所述計(jì)算模塊計(jì)算；所述計(jì)算模塊接收所述電壓采集模塊測(cè)得的電壓值，并進(jìn)行計(jì)算，得到待測(cè)時(shí)間。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，其特征在于:所述計(jì)算模塊為單片機(jī)。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，其特征在于:所述電壓采集模塊為AD轉(zhuǎn)換電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于超聲波熱量表的微小時(shí)間測(cè)量電路，包括待測(cè)時(shí)間產(chǎn)生模塊、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生模塊、時(shí)序控制模塊、時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓采集模塊和計(jì)算模塊，電路先由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路來控制時(shí)序經(jīng)時(shí)間電壓轉(zhuǎn)換電路得到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量，然后由換能器驅(qū)動(dòng)接收電路來控制時(shí)序得到超聲波傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量，兩者在較短時(shí)間的變化量是一致。系統(tǒng)在極短時(shí)間內(nèi)同時(shí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和超聲波傳播時(shí)間轉(zhuǎn)換而成的電壓量。再將兩者的比值乘以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間得到待測(cè)時(shí)間進(jìn)行比較。故系統(tǒng)可以通過此電路來測(cè)量超聲波在介質(zhì)中的順逆流時(shí)間差，進(jìn)而得到介質(zhì)流速和流量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK202928725SQ20122047864
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者邵行菊, 童孝波, 李志明 申請(qǐng)人:寧波水表股份有限公司, 寧波豪仕達(dá)儀表科技有限公司