本發(fā)明涉及一種測(cè)量芯片，具體地說(shuō)是一種智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片。

背景技術(shù)：

在天然氣的工業(yè)、商用、家用體積計(jì)量上主要是采用渦輪、羅茨、皮膜等流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，這些流量計(jì)都是機(jī)械式的，有壓力損耗和機(jī)械的磨損，另外計(jì)量精度和量程比上都有嚴(yán)重的不足，使用超聲波時(shí)差法進(jìn)行氣體流量計(jì)量慢慢成為未來(lái)的主流。目前超聲波氣體流量計(jì)設(shè)計(jì)中需要多采用集成電路、運(yùn)放、分列元器件組成，我們利用多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)一個(gè)集成度高的超聲波氣體流量專用芯片，降低超聲波氣體流量計(jì)設(shè)計(jì)的一系列難度?；诖?，本申請(qǐng)方案設(shè)計(jì)了一種新型的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，其中，具體技術(shù)方案為：

包括智能檢波模塊，所述智能檢波模塊連接同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊、接收解調(diào)模塊、信號(hào)處理模塊和自動(dòng)增益控制模塊；所述智能檢波模塊、同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊、接收解調(diào)模塊、信號(hào)處理模塊和自動(dòng)增益控制模塊連接計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元；所述計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元連接壓力傳感器接口、溫度傳感器接口、通信接口和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器；

所述計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元連接發(fā)射編碼調(diào)制模塊，所述同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口，所述發(fā)射編碼調(diào)制模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口，所述自動(dòng)增益控制模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口和超聲波信號(hào)接收接口。

上述的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，其中：智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片中設(shè)置觸發(fā)余震自動(dòng)消除電路，K1和K4導(dǎo)通、K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K4斷開(kāi)，K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K3斷開(kāi)，K2和K4導(dǎo)通時(shí)，處于余振消除狀態(tài)，為支持余振消除效果，K5和K6也處于導(dǎo)通狀態(tài)。

上述的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，其中：所述壓力傳感器接口包括SCL控制線和SDA控制線，所述溫度傳感器接口包括RTD1數(shù)據(jù)線和RTD2數(shù)據(jù)線，所述通信接口包括RX數(shù)據(jù)線和TX數(shù)據(jù)線，所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器包括CLKIN數(shù)據(jù)線和CLKOUT數(shù)據(jù)線。

上述的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，其中：所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口包括超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口1和超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口2，所述超聲波信號(hào)接收接口包括超聲波信號(hào)接收接口1和超聲波信號(hào)接收接口2，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口1、超聲波信號(hào)接收接口1設(shè)置Fi1接口，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口2、超聲波信號(hào)接收接口2設(shè)置Fi2接口。

上述的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，其中：還包括超聲波傳感器公共端和電源管理端。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

1)全橋脈沖觸發(fā)可以實(shí)現(xiàn)相位換向發(fā)射；

2)發(fā)射和接收抗組自動(dòng)變換，主動(dòng)發(fā)射余振消除電路；

3)發(fā)射脈沖支持從1-16個(gè)數(shù)配置，每個(gè)脈沖都有兩個(gè)配置參數(shù)；開(kāi)啟或者關(guān)閉，正脈沖或者負(fù)脈沖；

4)可以同時(shí)接收16個(gè)完整波形的上升和下降過(guò)零的時(shí)間數(shù)據(jù)，用戶可以配置和讀取使用，實(shí)現(xiàn)每個(gè)檢測(cè)波形的寬度檢測(cè)情況，并以此判斷相位偏移情況和自動(dòng)增益依據(jù)；

5)軟式雙自動(dòng)增益控制，外環(huán)跟蹤信號(hào)幅度、內(nèi)環(huán)跟蹤前三個(gè)接收波脈沖跨度。

附圖說(shuō)明

圖1為智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片應(yīng)用框圖。

圖2為智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3為觸發(fā)余震自動(dòng)消除電路的示意圖。

圖4為脈沖觸發(fā)開(kāi)關(guān)控制的示意圖。

圖5為脈沖觸發(fā)換向控制的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明提供了一種智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片，包括智能檢波模塊，所述智能檢波模塊連接同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊、接收解調(diào)模塊、信號(hào)處理模塊和自動(dòng)增益控制模塊；所述智能檢波模塊、同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊、接收解調(diào)模塊、信號(hào)處理模塊和自動(dòng)增益控制模塊連接計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元；所述計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元連接壓力傳感器接口、溫度傳感器接口、通信接口和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器；

所述計(jì)算和邏輯運(yùn)算單元連接發(fā)射編碼調(diào)制模塊，所述同步測(cè)量計(jì)時(shí)模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口，所述發(fā)射編碼調(diào)制模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口，所述自動(dòng)增益控制模塊連接超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口和超聲波信號(hào)接收接口。

智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片中設(shè)置觸發(fā)余震自動(dòng)消除電路，K1和K4導(dǎo)通、K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K4斷開(kāi)，K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K3斷開(kāi)，K2和K4導(dǎo)通時(shí)，處于余振消除狀態(tài)，為支持余振消除效果，K5和K6也處于導(dǎo)通狀態(tài)。

所述壓力傳感器接口包括SCL控制線和SDA控制線，所述溫度傳感器接口包括RTD1數(shù)據(jù)線和RTD2數(shù)據(jù)線，所述通信接口包括RX數(shù)據(jù)線和TX數(shù)據(jù)線，所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器包括CLKIN數(shù)據(jù)線和CLKOUT數(shù)據(jù)線；所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口包括超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口1和超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口2，所述超聲波信號(hào)接收接口包括超聲波信號(hào)接收接口1和超聲波信號(hào)接收接口2，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口1、超聲波信號(hào)接收接口1設(shè)置Fi1接口，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)接口2、超聲波信號(hào)接收接口2設(shè)置Fi2接口；另外，本智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片還包括超聲波傳感器公共端和電源管理端。

本申請(qǐng)方案提供的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片主要功能為：

1)編碼發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)；

2)超聲波信號(hào)回波信號(hào)處理，并測(cè)量多個(gè)完整接收波的所有過(guò)零觸發(fā)點(diǎn)時(shí)間。

本申請(qǐng)方案提供的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為：

1)全橋脈沖觸發(fā)可以實(shí)現(xiàn)相位換向發(fā)射；

2)發(fā)射和接收抗組自動(dòng)變換，主動(dòng)發(fā)射余振消除電路；

3)發(fā)射脈沖支持從1-16個(gè)數(shù)配置，每個(gè)脈沖都有兩個(gè)配置參數(shù)；開(kāi)啟或者關(guān)閉，正脈沖或者負(fù)脈沖；

4)可以同時(shí)接收16個(gè)完整波形的上升和下降過(guò)零的時(shí)間數(shù)據(jù)，用戶可以配置和讀取使用，實(shí)現(xiàn)每個(gè)檢測(cè)波形的寬度檢測(cè)情況，并以此判斷相位偏移情況和自動(dòng)增益依據(jù)；

5)軟式雙自動(dòng)增益控制，外環(huán)跟蹤信號(hào)幅度、內(nèi)環(huán)跟蹤前三個(gè)接收波脈沖跨度。

如附圖1所示的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片應(yīng)用框圖，超聲波模塊能夠發(fā)射超聲波信號(hào)并處理接收信號(hào)，計(jì)算出順向聲時(shí)和逆向聲時(shí)，然后根據(jù)流道的面積計(jì)算出流量，超聲波同時(shí)可以采集溫度和壓力傳感器的信號(hào)計(jì)算出溫度值和壓力值。超聲波模塊把采集的流量值、溫度值、壓力值通過(guò)UART接口傳輸個(gè)MCU，MCU進(jìn)行計(jì)算等到標(biāo)況流量，并且進(jìn)行標(biāo)況氣體的累積。

如附圖2所示的智慧超聲波氣體流量測(cè)量芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，模塊原理和特點(diǎn)為：

1)發(fā)射超聲波編碼信號(hào)，增加接收的信號(hào)的辨識(shí)度，保證在大流速下，信號(hào)可靠接收并可靠識(shí)別；

2)脈寬鎖定的自動(dòng)增益調(diào)理電路，確保在接收信號(hào)的穩(wěn)定性，以及壓力變化下信號(hào)的準(zhǔn)確性；

3)16個(gè)上下邊沿同時(shí)檢波，能夠跟蹤和鎖定脈寬且可以判斷脈寬的梯度變化率；

4)高流速進(jìn)入雙包絡(luò)檢波，同時(shí)采用微分拐點(diǎn)的方法，確保可以鎖定兩次包絡(luò)的峰值，然后確定包絡(luò)波谷的位置；

5)智能計(jì)數(shù)器，可以實(shí)時(shí)發(fā)射脈沖同步、接收信號(hào)的同步，確保時(shí)間測(cè)量的精確性。

每個(gè)發(fā)射的脈沖可以編碼和相位切換控制；每個(gè)脈沖觸發(fā)有開(kāi)關(guān)控可關(guān)閉，讓脈沖觸發(fā)可編碼控制；每個(gè)脈沖觸發(fā)有換向控制，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)噪聲下的信號(hào)處理；換向脈沖發(fā)射，接收信號(hào)如附圖3所示；

如附圖4所示，觸發(fā)余震自動(dòng)消除電路，K1和K4導(dǎo)通、K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K4斷開(kāi)，K3和K2斷開(kāi)時(shí)，發(fā)射正脈沖；K1和K3斷開(kāi)，K2和K4導(dǎo)通時(shí)，處于余振消除狀態(tài)，為了支持余振消除效果，K5和K6也處于導(dǎo)通狀態(tài)。

發(fā)射和接收抗阻匹配：發(fā)射時(shí)希望所有能量疊加到換能器上，K5和K6處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)接收的差分放大完全切除狀態(tài)；接收狀態(tài)時(shí)，K5和K6都斷開(kāi)，換能器成為信號(hào)源，差分放大器成為負(fù)載。此時(shí)換能器阻抗和發(fā)射發(fā)生了大的變化。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。