專利名稱:信號(hào)質(zhì)量保證電路的制作方法
本發(fā)明涉及一種準(zhǔn)確測(cè)量超聲信號(hào)從發(fā)射傳感器發(fā)射，穿過(guò)液體傳播，到被接收傳感器接收的傳輸時(shí)間的超聲測(cè)流裝置。
超聲測(cè)量裝置有兩組傳感器沿著液體流動(dòng)方向放置，一組在另一組的上游方向，每組傳感器有一個(gè)或多個(gè)傳感器，兩組傳感器之間，各傳感器兩兩相向成對(duì)放置。在每一次測(cè)試循環(huán)中，依次作為發(fā)送端及接收端工作，從發(fā)射傳感器向接收傳感器通過(guò)流體逆流和順流發(fā)送超聲信號(hào)，這些信號(hào)從發(fā)射到接收的傳輸時(shí)間由一定時(shí)器分別測(cè)定，隨后這些數(shù)據(jù)由超聲測(cè)流裝置的處理器按時(shí)差法或頻差法處理，求得管道中液體的流速。
該類型裝置要求系統(tǒng)定時(shí)器必須在正確的時(shí)刻啟動(dòng)和停止。當(dāng)發(fā)射機(jī)發(fā)出脈沖激勵(lì)發(fā)射傳感器時(shí)，可以同時(shí)送出脈沖去啟動(dòng)定時(shí)器。因此，發(fā)射超聲信號(hào)與啟動(dòng)定時(shí)器間的同步能容易地得到解決。但使定時(shí)器在接收傳感器接收到信號(hào)后，在準(zhǔn)確的時(shí)刻上停止則是困難的?，F(xiàn)有的解決辦法如美國(guó)專利4028938所示，接收到的信號(hào)進(jìn)入第一和第二門限檢波器，第二門限檢波器的門限電平基本上符合于正常信號(hào)的第一負(fù)峰的峰值電平，第一門限檢波器的門限電平則較小，第一門限檢波器以傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生停止定時(shí)器的停止脈沖。第二門限檢波器則可以監(jiān)視接收信號(hào)的第一負(fù)峰是否至少有預(yù)定的正常電平還是在穿過(guò)液體傳播時(shí)，由于雜質(zhì)汽泡或與反射信號(hào)間的干涉而過(guò)分衰減或畸變，其輸出與第一檢波器的輸出一起通過(guò)邏輯電路，相應(yīng)產(chǎn)生指明接收的信號(hào)是正常的還是異常的標(biāo)志信號(hào)。該種處理線路能剔除壞信號(hào)，但是對(duì)由接收的信號(hào)所產(chǎn)生的停止信號(hào)，在定時(shí)方面的精度沒(méi)有更大的提高，在抗干擾方面也不理想。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種能解決以上問(wèn)題的測(cè)量裝置。
本發(fā)明的要點(diǎn)是為超聲波測(cè)流裝置提供一種信號(hào)質(zhì)量保證電路。
該信號(hào)質(zhì)量保證電路接在流量測(cè)量裝置的接收機(jī)后，包括設(shè)定在不同門限電平上的由高速比較器構(gòu)成的三個(gè)門限檢波器。分壓網(wǎng)絡(luò)使三個(gè)門限檢波器分別響應(yīng)在接收的信號(hào)波形的不同電平上，響應(yīng)在最小幅度的第一門限檢波器在信號(hào)的第一個(gè)由負(fù)到正的過(guò)零點(diǎn)處產(chǎn)生一定時(shí)窗口，響應(yīng)在較高幅度的第二門限檢波器，用以在第一門限檢波器規(guī)定的定時(shí)窗口內(nèi)產(chǎn)生一停止定時(shí)器的停止信號(hào)，響應(yīng)在最高幅度的第三門限檢波器用以鑒別第一檢波器是否響應(yīng)在接收信號(hào)的第一個(gè)由負(fù)向正的過(guò)零點(diǎn)處。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于本電路能在接收到的信號(hào)波形予先選定的部分處產(chǎn)生停止定時(shí)器的脈沖，于是就可將該欲選定的部分選在峰值較高、上升較陡的信號(hào)部分，這樣即使信號(hào)由于受到種種原因衰減也使由此引起的定時(shí)誤差可以忽略，從而提高測(cè)時(shí)精度。
由于電路可以保證總是在每一次接收到的信號(hào)波形上的選定的部分產(chǎn)生停止定時(shí)器的脈沖，從而有效地防止由于種種原因使信號(hào)衰減或其它的干擾波引起錯(cuò)誤觸發(fā)生成的錯(cuò)誤讀數(shù)，提高設(shè)備的抗干擾能力，保證測(cè)量的正確性。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及附圖給出。
圖1本發(fā)明電路的原理圖圖2超聲波信號(hào)及電路動(dòng)作時(shí)序圖下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的細(xì)節(jié)及工作情況。
由發(fā)射傳感器穿過(guò)液體傳送的超聲信號(hào)被接收傳感器接收轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大進(jìn)入圖1所示電路。
該電路包括分別設(shè)定在不同門限電平E1、E2、E3上的三個(gè)高速比較器(1)、(2)、(3)；由比較器(2)輸出的正脈沖上升沿同時(shí)觸發(fā)的兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(4)、(5)；連接到(4)、(5)輸出的異或門(6)；連接到(6)及(3)輸出的與門(7)；連接到(7)的輸出的單穩(wěn)態(tài)多多諧振蕩器(8)及分壓電阻網(wǎng)絡(luò)等各部分。
參照?qǐng)D二已接收的典型的超聲信號(hào)具有一系列正向和負(fù)向的峰，這些峰由大然后衰減到零，這種波形是由于發(fā)射和接收傳感器的共振特性產(chǎn)生的。
每種信號(hào)有一個(gè)周期T，這也是由傳感器的特性決定的，從而相繼兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)間的時(shí)間(即 1/2 T)在從一處穿過(guò)液體到另一處時(shí)是相對(duì)穩(wěn)定的。相繼傳播的各信號(hào)間，它們每個(gè)信號(hào)波形中各峰間的相對(duì)大小也是相對(duì)穩(wěn)定的，也就是說(shuō)，盡管信號(hào)可能受到種種原因造成衰減，然而信號(hào)波形各峰值間的比實(shí)質(zhì)上是常數(shù)，這也是由傳感器的特性決定的。
由分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的門限電平E2，在信號(hào)零電平以上，比平均噪聲電平略高而又盡可能靠近零電平。門限電平E3設(shè)置得此E2略高或相等，而E1則設(shè)置在這樣的電平，當(dāng)接收的信號(hào)中，最大的正向峰值被衰減得等于或小于該電平時(shí)，則第一個(gè)由負(fù)向正過(guò)零點(diǎn)處信號(hào)的峰值也不能達(dá)到和超過(guò)予先設(shè)定的電平E2，三者關(guān)系為E1＞E3＞E2。在通常的情況下，如圖2所示，在接收到的信號(hào)的第一個(gè)由負(fù)向正的過(guò)零后，信號(hào)電平一超過(guò)予定值E2，高速比較器(2)立即輸出一正脈沖。該脈沖的前沿同時(shí)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)、(5)。單穩(wěn)觸發(fā)器(4)、(5)分別輸出一定寬度正脈沖，其寬度是這樣的，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)輸出的脈寬為接收到的信號(hào)周期的四分之三(即 3/4 T)左右，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)輸出的脈寬為接收到的信號(hào)周期的1 1/4 周期(即 5/4 T)左右。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的輸出與(5)的輸入應(yīng)如圖所示連接起來(lái)，以使在(4)輸出的脈沖結(jié)束之前(5)不能被再次觸發(fā)。(4)、(5)的輸出送到異或門(6)的輸入。這樣只有當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)、(5)的輸出處于不同電平狀態(tài)(本例中(5)的輸出為低電平，(4)的輸出為高電平)期間(即在上述第一過(guò)零點(diǎn)后 3/4 T到 5/4 T期間)異或門(6)才產(chǎn)生一正脈沖，該脈沖送到與門(7)的一個(gè)輸入端，高速比較器(3)輸出的正脈沖則送到與門(7)的另一個(gè)輸入端。如此則只有在第一個(gè)過(guò)零點(diǎn)之后 3/4 T到 5/4 T的這 1/2 T期間，由低向高超過(guò)門限電平E2的那一小部分接收信號(hào)使比較器(3)產(chǎn)生的輸出正脈沖才能使與門(7)產(chǎn)生正脈沖輸出。該脈沖的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(8)產(chǎn)生一正脈沖，經(jīng)端點(diǎn)J送往定時(shí)器，該脈沖的前沿用于停止定時(shí)器以得到聲信號(hào)穿過(guò)液體傳播的傳輸時(shí)間讀數(shù)。接收到的信號(hào)波形中一旦有電平超過(guò)予先設(shè)定的門限電平E1時(shí)，高速比較器(1)產(chǎn)生一正脈沖。該脈沖經(jīng)端點(diǎn)P送測(cè)流裝置中處理器部分的邏輯電路，產(chǎn)生一種邏輯電平。例如高電平，在隨后的過(guò)程中，處理器通過(guò)查詢判斷該電平的存在，以決定將上述定時(shí)器的讀數(shù)用于計(jì)算管道中液體的流速。當(dāng)穿過(guò)液體傳送的超聲波信號(hào)由于雜質(zhì)氣泡或反射信號(hào)的干涉作用而衰減，以至接收到的信號(hào)的最大峰值電平不能超過(guò)門限電平E1，高速比較器(1)不產(chǎn)生脈沖輸出，則流量測(cè)量裝置處理器部分的邏輯電路處于另一種邏輯電平，例如低電平。這時(shí)由上所述產(chǎn)生的停止信號(hào)將不是相對(duì)于上面提到的第一過(guò)零點(diǎn)產(chǎn)生的。這時(shí)處理器通過(guò)查詢判斷到的邏輯電路的低電平，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序。例如不用本次測(cè)量的數(shù)據(jù)，進(jìn)入下一次測(cè)量循環(huán)，或在測(cè)得的定時(shí)讀數(shù)中減去一相應(yīng)的延遲時(shí)間，從而消除錯(cuò)誤讀數(shù)。
上述實(shí)施線路中的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也可使用可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，僅需對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)如圖虛線所示增加一處接線使之接成不可重觸發(fā)方式。
在保證設(shè)定的門限電平絕對(duì)值E1＞E3＞E2且滿足上面提到的相對(duì)關(guān)系時(shí)，亦可置為負(fù)電平以響應(yīng)信號(hào)電平的負(fù)峰方向，線路原理相同，僅對(duì)線路連接作些更動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提出的思想和方法完全可用于具有類似定時(shí)要求的超聲測(cè)流裝置之外的測(cè)量裝置中。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)確測(cè)量超聲波信號(hào)從發(fā)射傳感器發(fā)射穿過(guò)液體傳播，被接收傳感器接收的傳輸時(shí)間的超聲波測(cè)流裝置，其特征在于在裝置的接收機(jī)后接入設(shè)定三個(gè)門限電平的信號(hào)質(zhì)量保證電路，當(dāng)電路接收的信號(hào)大于或等于門限電平時(shí)，分別產(chǎn)生停止計(jì)時(shí)器信號(hào)和鑒別標(biāo)志信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1.所述的信號(hào)質(zhì)量保證電路其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為輸入信號(hào)同時(shí)送到比較器(1)、比較器(2)、比較器(3)的(＋)輸入端，比較器(2)的輸出同時(shí)送到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)的上升沿觸發(fā)輸入端。這兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出作為異或門(6)的輸入使異或門(6)的輸出成為時(shí)間門信號(hào)而作為與門(7)的輸入之一。比較器(3)的輸出作為與門(7)的另一輸入。這樣該電路就使比較器(3)產(chǎn)生的輸出只有在上述時(shí)間門規(guī)定的有效時(shí)間內(nèi)才能產(chǎn)生有效輸出訊號(hào)。比較器(1)的輸出信號(hào)則是作為輸出信號(hào)無(wú)效的標(biāo)志信號(hào)。由分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的三個(gè)門限電壓分別接到三個(gè)比較器的(－)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2.之所述，其特點(diǎn)是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的輸出脈沖寬度調(diào)節(jié)在輸入信號(hào)周期(T)的 5/4 左右，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(5)的輸出脈沖寬度調(diào)節(jié)在輸入信號(hào)周期(T)的 3/4 左右形成定時(shí)門。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2.之所述，其特點(diǎn)是比較器(2)的門限電平E2設(shè)定在輸入信號(hào)交流零電平之上比平均噪聲電平略高一些的值上。比較器(3)的門限電平E3設(shè)定在輸入信號(hào)的交流零電平之上。比較器(1)的門限電平E1的設(shè)定值由輸入信號(hào)中第一過(guò)零點(diǎn)處的正向峰值與最大正向峰值間的比決定，當(dāng)因?yàn)樗p使信號(hào)的最大峰值不超過(guò)E1時(shí)，第一過(guò)零點(diǎn)處的峰值也不能超過(guò)E2。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1.所述的信號(hào)質(zhì)量保證電路。其特點(diǎn)為電路亦可工作在輸入信號(hào)的負(fù)向波上，此時(shí)輸入信號(hào)接到三個(gè)比較器的(－)輸入端。門限電平接到三個(gè)比較器的(＋)輸入端。門限電平E3仍設(shè)定在輸入信號(hào)的交流零電平上，E1、E2的設(shè)定原則同權(quán)利要求
4，只是其值處于輸入信號(hào)交流零電平之下。
專利摘要
本實(shí)用新型提供一種準(zhǔn)確測(cè)量超聲信號(hào)穿過(guò)液體傳播的傳輸時(shí)間的超聲波測(cè)量裝置，為解決接收信號(hào)所產(chǎn)生的停止信號(hào)的定時(shí)精度和提高抗干擾能力，本實(shí)用新型提出了有三個(gè)門限電平的信號(hào)質(zhì)量保證電路，電路分別產(chǎn)生停止信號(hào)和鑒別標(biāo)志信號(hào)，本實(shí)用新型亦可用于有類似定時(shí)要求的測(cè)量裝置上。
文檔編號(hào)G01F1/66GK85202782SQ85202782
公開(kāi)日1986年9月3日 申請(qǐng)日期1985年7月5日
發(fā)明者許柯夫 申請(qǐng)人:水電部南京自動(dòng)化研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan