一種超聲波信號傳播時間的雙閾值檢測電路及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波信號傳播時間的雙閾值檢測電路及檢測方法，屬于流量計(jì)量儀表領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波流量計(jì)是利用流體流動對超聲波信號調(diào)制，通過檢測信號的傳播時間來獲得體積流量的一種計(jì)量儀表。超聲波流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，測量范圍大，穩(wěn)定性好，精度高等特點(diǎn)。此外超聲波流量計(jì)還是一種非接觸測量方法，對測量管路不會產(chǎn)生壓力損失，對測量介質(zhì)沒有要求，可測量各種氣體和液體介質(zhì)的流速。
[0003]在一個測量超聲波傳播時間過程中，當(dāng)激勵線路開始產(chǎn)生激勵脈沖時給高精度時間測量單元使能信號開始計(jì)時，將接收端接收到超聲波信號經(jīng)過檢測處理后，判斷接收時刻并產(chǎn)生停止計(jì)時使能信號，高精度時間測量單元停止計(jì)時。超聲波信號的質(zhì)量決定了超聲波流量計(jì)的流量測量精度，超聲換能器的動態(tài)參數(shù)會隨著溫度變化而發(fā)生變化，經(jīng)相同的激勵脈沖激勵后所產(chǎn)生的超聲波經(jīng)流體傳播到接收端后，其幅值會發(fā)生變化；超聲波在流體傳播中受流體溫度和粘度影響，接收到的超聲波信號幅值也會發(fā)生變化。那么如何在接收信號中選擇合適的判定點(diǎn)作為停止計(jì)時點(diǎn)，這是決定測量精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]目前傳播時間法測量采用單一閾值和超聲波信號進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈沖上升沿作為停止計(jì)時使能，這種方法對于理想型或者微小幅值變化超聲波信號可行，而針對超聲波信號因溫度或其他原因超聲信號幅值變化大情況，則單一閾值處理方法的適應(yīng)性不強(qiáng)，測量精度不高。當(dāng)超聲波信號幅值出現(xiàn)變化大時，經(jīng)單一閾值檢測處理的超聲波傳播時間有明顯的增大或者減小，導(dǎo)致流量測量精度降低。超聲換能器的動態(tài)參數(shù)會隨著溫度變化而發(fā)生變化，經(jīng)相同的激勵脈沖激勵后所產(chǎn)生的超聲波經(jīng)流體傳播到接收端后，其幅值會發(fā)生變化；超聲波在流體傳播中受流體溫度和粘度影響，接收到的超聲波信號幅值也會發(fā)生變化。對超聲波信號進(jìn)行單一閾值比較時，存在超聲波信號變化導(dǎo)致超聲波傳播時間停止計(jì)時使能產(chǎn)生變化，影響測量準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對接收到的超聲波信號變化的情況，本發(fā)明提出了一種超聲波信號雙閾值檢測處理方法。通過對接收到的超聲波信號進(jìn)行雙閾值檢測及雙外部控制信號邏輯鎖存控制，產(chǎn)生一個或多個脈沖，以脈沖上升沿作為超聲波傳播時間停止計(jì)時使能，能夠提高測量的準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]提供一種超聲波信號傳播時間的雙閾值檢測電路，包括第一比較器、第二比較器、第一或非門、與門、非門和第二或非門；
[0008]第一比較器的正輸入端接入被測超聲波信號，負(fù)輸入端接入第一閾值信號，輸出端連接與門的一個輸入端，反向輸出端連接與第一或非門的一個輸入端，鎖存端連接第一或非門的輸出端；
[0009]第二比較器的負(fù)輸入端接入被測超聲波信號，正輸入端接入第二閾值信號，輸出端連接與門的另一個輸入端，反向輸出端懸空，鎖存端連接與第二或非門的輸出端；
[0010]第一或非門的一個輸入端連接第一比較器的反向輸出端，另一個輸入端連接第一外部控制信號，輸出端連接第一比較器的鎖存端；
[0011 ] 與門的一個輸入端連接第一比較器的輸出端，另一個輸入端連接第二比較器的輸出端，輸出端輸出stop信號，Stop信號的上升沿作為對被測超聲波信號傳播時間計(jì)時的終止點(diǎn)，輸出端還連接非門的輸入端；
[0012]非門的輸入端連接與門的輸出端，輸出端連接第二或非門的一個輸入端；
[0013]第二或非門的一個輸入端連接非門的輸出端，另一個輸入端連接第二外部控制信號，輸出端連接第二比較器的鎖存端；
[0014]第一閾值信號為0.2?0.5V ;
[0015]第二閾值信號為0?20mV ；
[0016]第一外部控制信號在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0017]第二外部控制信號在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平或高電平。
[0018]優(yōu)選的，第二外部控制信號(Latch2)在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平，Stop信號翻轉(zhuǎn)為高電平后，保持高電平。
[0019]優(yōu)選的，第二外部控制信號在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為高電平，Stop信號翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，形成η個脈沖信號。
[0020]提供一種超聲波信號傳播時間的雙閾值檢測電路，包括第一比較器、第二比較器、第一或非門、與門；
[0021]第一比較器的正輸入端接入被測超聲波信號，負(fù)輸入端接入第一閾值信號，輸出端連接與門的一個輸入端，反向輸出端連接與第一或非門的一個輸入端，鎖存端連接第一或非門的輸出端；
[0022]第二比較器的負(fù)輸入端接入被測超聲波信號，正輸入端接入第二閾值信號，輸出端連接與門的另一個輸入端，反向輸出端懸空，鎖存端接地；
[0023]第一或非門的一個輸入端連接第一比較器的反向輸出端，另一個輸入端連接第一外部控制信號，輸出端連接第一比較器的鎖存端；
[0024]與門的一個輸入端連接第一比較器的輸出端，另一個輸入端連接第二比較器的輸出端，輸出端輸出Stop信號，該信號的上升沿作為對被測超聲波信號傳播時間計(jì)時的終止占.
[0025]第一閾值信號為0.2?0.5V之間的恒定電平；
[0026]第二閾值信號為0?20mV之間的恒定電平；
[0027]第一外部控制信號在發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后翻轉(zhuǎn)為低電平。
[0028]同時提供一種基于所述超聲波信號雙閾值檢測電路的檢測方法包括如下步驟:
[0029](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵脈沖，激勵脈沖的上升沿觸發(fā)時間測量單元開始計(jì)時；
[0030](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后，第一外部控制信號和第二外部控制信號由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0031](3)被測超聲波信號由高于第二閾值信號下降到低于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測超聲波信號低于第二閾值信號上升到高于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測超聲波信號高于第一閾值信號后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時輸出高電平時，Stop信號翻轉(zhuǎn)為高電平，同時第二或非門輸出信號為高電平，第二比較器輸出信號鎖存為高電平，Stop信號保持高電平；
[0032](4) Stop信號的上升沿觸發(fā)時間測量單元停止計(jì)時，獲得超聲波傳播時間。
[0033]提供一種基于所述超聲波信號雙閾值檢測電路的檢測方法，其特征在于包括如下步驟:
[0034](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵脈沖，激勵脈沖的上升沿觸發(fā)時間測量單元開始計(jì)時；
[0035](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?lOOys后，第一外部控制信號由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；第二外部控制信號由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平；
[0036](3)被測超聲波信號由高于第二閾值信號下降到低于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測超聲波信號低于第二閾值信號上升到高于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測超聲波信號高于第一閾值信號后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時輸出高電平時，Stop信號翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，輸出η個脈沖信號；
[0037](4) Stop信號的η個上升沿觸發(fā)時間測量單元η次停止計(jì)時，獲得η個超聲波傳播時間測量值，依次為?\、Τ2...Τη，由1\、IV..Τη計(jì)算獲得超聲波傳播時間。
[0038]優(yōu)選的，由VIV..!；計(jì)算獲得超聲波傳播時間的具體方法為:T pTyTjl算術(shù)平均值作為超聲波傳播時間。
[0039]提供一種基于所述超聲波信號雙閾值檢測電路的檢測方法，包括如下步驟:
[0040](1)超聲波發(fā)射裝置發(fā)射激勵脈沖，激勵脈沖的上升沿觸發(fā)時間測量單元開始計(jì)時；
[0041](2)發(fā)射脈沖發(fā)射80?100 μ s后，第一外部控制信號由高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；
[0042](3)被測超聲波信號由高于第二閾值信號下降到低于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，被測超聲波信號低于第二閾值信號上升到高于第二閾值信號時，第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)為低電平；被測超聲波信號高于第一閾值信號后，第一比較器輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，并鎖存該高電平；當(dāng)?shù)谝槐容^器輸出端和第二比較器輸出端同時輸出高電平時，Stop信號翻轉(zhuǎn)為高電平，并隨第二比較器輸出翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)，輸出η個脈沖信號；
[0043]⑷Stop信號的η個上升沿觸發(fā)時間測量單元η次停止計(jì)時，獲得η個超聲波傳播時間測量值，依次為?\、Τ2...Τη，由1\、IV..Τη計(jì)算獲得超聲波傳播時間。
[0044]優(yōu)選的，由VIV..!；計(jì)算獲得超聲波傳播時間的具體方法為:T pIV-Tjl算術(shù)平均值作為超聲波傳播時間。
[0045]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0046](1)引入雙高速比較器，能夠?qū)⒔邮盏降某暡ㄐ盘栠M(jìn)行雙閾值檢測，從而通過邏輯控制產(chǎn)生Stop脈沖，使用其上升沿作為超聲波傳播時間停止計(jì)時使能，避免了超聲波在流