一種采用雙邊測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種采用雙邊測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法，涉及測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間技術(shù)，用于氣體或液體超聲波流量計(jì)中運(yùn)用時(shí)差法測(cè)量流體流量。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的采用時(shí)差法測(cè)量技術(shù)的液體或氣體超聲波流量計(jì)為單邊檢測(cè)方法，通過(guò)其單邊測(cè)量電路經(jīng)信號(hào)發(fā)射電路、信號(hào)接收電路、自動(dòng)增益控制電路、過(guò)零比較檢測(cè)電路、時(shí)間測(cè)量電路、運(yùn)算與控制電路。運(yùn)算與控制電路按照一定的時(shí)序觸發(fā)超聲波信號(hào)發(fā)射與接收，超聲波信號(hào)由發(fā)射電路發(fā)出，由信號(hào)接收電路接收實(shí)現(xiàn)。超聲波接收信號(hào)經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制電路調(diào)整，再經(jīng)過(guò)過(guò)零比較檢測(cè)電路整形輸出脈沖信號(hào)。時(shí)間測(cè)量電路和超聲波發(fā)射觸發(fā)信號(hào)同步被啟動(dòng)，檢測(cè)超聲波接收信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后的脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿的到達(dá)時(shí)間，即為超聲波的傳輸時(shí)間。按同樣的方法測(cè)得順流和逆流的時(shí)間后，最后由運(yùn)算與控制電路按照時(shí)差法的計(jì)算公式計(jì)算出流速與流量。對(duì)于上述的測(cè)量方法有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)影響測(cè)量精度，就是當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流量變化或壓力變化時(shí)，接收到的超聲波信號(hào)幅度也會(huì)變化，即使采用了自動(dòng)增益控制和可變檢測(cè)電壓過(guò)零比較檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)過(guò)零比較檢測(cè)輸出的脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生相移，這樣采用現(xiàn)有單邊檢測(cè)方法測(cè)量到的接收時(shí)間就有誤差了，影響測(cè)量效果，測(cè)量的精度和穩(wěn)定性，尤其對(duì)于小流量測(cè)量時(shí)影響比較明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為解決現(xiàn)有單邊檢測(cè)方法由于單邊測(cè)量電路接收超聲波信號(hào)幅度變化產(chǎn)生的測(cè)時(shí)誤差，提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且有效提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性的雙邊測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法。
[0004]本發(fā)明測(cè)量方法通過(guò)采用由GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振和32768Hz鐘表晶振構(gòu)成的時(shí)間測(cè)量電路1，GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振構(gòu)成的時(shí)間測(cè)量電路2組成的雙邊測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳輸時(shí)間的精確測(cè)量，超聲波接收電路接收到超聲波信號(hào)后，經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制電路放大，再經(jīng)過(guò)過(guò)零比較檢測(cè)電路整形輸出脈沖信號(hào)，時(shí)間測(cè)量電路1檢測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿的到達(dá)時(shí)間，時(shí)間測(cè)量電路2檢測(cè)脈沖信號(hào)的下降沿或上升沿的到達(dá)時(shí)間，經(jīng)MCU流量控制與計(jì)算電路精確計(jì)算超聲波傳輸時(shí)間。其中時(shí)間測(cè)量電路1中的FIRE引腳和START引腳連接，并和時(shí)間測(cè)量電路2的START引腳連接；時(shí)間測(cè)量電路1的STOP引腳和時(shí)間測(cè)量電路2的STOP引腳連接；32768Hz鐘表晶振接在時(shí)間測(cè)量電路1的CLK32IN和CLK320UT引腳上；時(shí)間測(cè)量電路1的FIRE_IN引腳和時(shí)間測(cè)量電路2的CLK32IN引腳連接；兩片4MHz高頻晶振分別接在時(shí)間測(cè)量電路1和時(shí)間測(cè)量電路2的XIN和X0UT引腳上。
[0005]時(shí)間測(cè)量電路1配置START引腳輸入信號(hào)由FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)，F(xiàn)IRE_IN配置為32768Hz鐘表晶振信號(hào)輸出；時(shí)間測(cè)量電路2配置START引腳輸入信號(hào)由時(shí)間測(cè)量電路1的FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)。
[0006]由于接收超聲波信號(hào)幅度引起的脈沖信號(hào)的上下沿的變化是對(duì)稱的，即一個(gè)邊沿增加多少，另一個(gè)邊沿就相應(yīng)減少多少，因此時(shí)間測(cè)量電路I配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿，時(shí)間測(cè)量電路2配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿，或者時(shí)間測(cè)量電路I配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿，時(shí)間測(cè)量電路2配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿。
[0007]為減小溫度對(duì)時(shí)間測(cè)量的影響，采用電路外部帶溫補(bǔ)的32768Hz低頻矩形時(shí)鐘輸入到時(shí)間測(cè)量電路I中的CLK32IN引腳，替換32768Hz鐘表晶振。
[0008]本發(fā)明測(cè)量方法，由于采用由時(shí)間測(cè)量電路I和時(shí)間測(cè)量電路2組成的雙邊測(cè)量電路測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間，大大提高了傳輸時(shí)間測(cè)量的精度和測(cè)量穩(wěn)定性，且有助于小流量的測(cè)量和零流量檢測(cè)，本發(fā)明測(cè)量方法測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的精度優(yōu)于0.5級(jí)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明測(cè)量方法工作原理示意圖，
[0010]圖2為本發(fā)明測(cè)量方法采用的雙邊測(cè)量電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]圖2所示，時(shí)間測(cè)量電路I的FIRE引腳和START引腳連接，并和時(shí)間測(cè)量電路2的START引腳連接；時(shí)間測(cè)量電路I的STOP引腳和時(shí)間測(cè)量電路2的STOP引腳連接；32768Hz鐘表晶振接在時(shí)間測(cè)量電路I的CLK32IN和CLK320UT引腳上；時(shí)間測(cè)量電路I的FIRE_IN弓丨腳和時(shí)間測(cè)量電路2的CLK32IN引腳連接；兩片4MHz高頻晶振分別接在時(shí)間測(cè)量電路I和時(shí)間測(cè)量電路2的XIN和XOUT引腳上。
[0012]配置時(shí)間測(cè)量電路I的START引腳輸入信號(hào)由FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)，F(xiàn)IRE_IN配置為32768Hz鐘表晶振信號(hào)輸出；配置時(shí)間測(cè)量電路2的START引腳輸入信號(hào)由時(shí)間測(cè)量電路I的FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)。
[0013]配置時(shí)間測(cè)量電路I為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿，配置時(shí)間測(cè)量電路2為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿或者配置時(shí)間測(cè)量電路I為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿，配置時(shí)間測(cè)量電路2為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿。
[0014]圖1所示，本發(fā)明測(cè)量方法進(jìn)行超聲波時(shí)間測(cè)量時(shí)，超聲波接收電路接收到超聲波信號(hào)后，經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制電路放大，再經(jīng)過(guò)過(guò)零比較檢測(cè)電路整形輸出脈沖信號(hào)，時(shí)間測(cè)量電路I檢測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿的到達(dá)時(shí)間，時(shí)間測(cè)量電路2檢測(cè)脈沖信號(hào)的下降沿或上升沿的到達(dá)時(shí)間，由于接收超聲波信號(hào)幅度引起的脈沖信號(hào)的上下沿的變化是對(duì)稱的，即一個(gè)邊沿增加多少，另一個(gè)邊沿就減少多少，反之亦然。這樣，測(cè)到上升沿時(shí)間和下降沿時(shí)間后，把這兩個(gè)時(shí)間加起來(lái)再除以2就可得到一個(gè)穩(wěn)定的值，最后經(jīng)MCU流量控制與計(jì)算電路計(jì)算超聲波傳輸時(shí)間。
[0015]測(cè)得順流和逆流的時(shí)間后，即可通過(guò)時(shí)差法精確計(jì)算出介質(zhì)流速和流量。
[0016]以上所述僅為本發(fā)明測(cè)量方法對(duì)采用時(shí)差法測(cè)量技術(shù)的液體或氣體超聲波流量計(jì)中測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法的實(shí)施例，但并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用雙邊測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法，其特征在于:超聲波接收電路接收到超聲波信號(hào)后，經(jīng)過(guò)自動(dòng)增益控制電路放大，再經(jīng)過(guò)過(guò)零比較檢測(cè)電路整形輸出脈沖信號(hào)，時(shí)間測(cè)量電路I檢測(cè)脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿的到達(dá)時(shí)間，時(shí)間測(cè)量電路2檢測(cè)脈沖信號(hào)的下降沿或上升沿的到達(dá)時(shí)間，最后經(jīng)MCU流量控制與計(jì)算電路計(jì)算超聲波傳輸時(shí)間；其中時(shí)間測(cè)量電路I由GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振和32768Hz鐘表晶振構(gòu)成，時(shí)間測(cè)量電路2由GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振構(gòu)成，時(shí)間測(cè)量電路I中的FIRE引腳和START引腳連接，并和時(shí)間測(cè)量電路2的START引腳連接；時(shí)間測(cè)量電路I的STOP引腳和時(shí)間測(cè)量電路2的STOP引腳連接；32768Hz鐘表晶振接在時(shí)間測(cè)量電路I的CLK32IN和CLK320UT引腳上；時(shí)間測(cè)量電路I的FIRE_IN弓丨腳和時(shí)間測(cè)量電路2的CLK32IN引腳連接；兩片4MHz高頻晶振分別接在時(shí)間測(cè)量電路1、時(shí)間測(cè)量電路2的XIN和XOUT引腳上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于:時(shí)間測(cè)量電路I配置START引腳輸入信號(hào)由FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)，F(xiàn)IRE_IN配置為32768Hz鐘表晶振信號(hào)輸出；時(shí)間測(cè)量電路2配置START引腳輸入信號(hào)由時(shí)間測(cè)量電路I的FIRE引腳輸出信號(hào)觸發(fā)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于:時(shí)間測(cè)量電路I配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿，時(shí)間測(cè)量電路2配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿或者時(shí)間測(cè)量電路I配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的下升沿，時(shí)間測(cè)量電路2配置為測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于:采用帶溫補(bǔ)的32768Hz低頻矩形時(shí)鐘輸入到時(shí)間測(cè)量電路I的CLK32IN引腳，替換32768Hz鐘表晶振，以減小溫度對(duì)時(shí)間測(cè)量的影響。
【專利摘要】一種采用雙邊測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的測(cè)量方法，涉及測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間技術(shù)，用于氣體或液體超聲波流量計(jì)中運(yùn)用時(shí)差法測(cè)量流體流量。本發(fā)明方法通過(guò)采用由GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振和32768Hz鐘表晶振構(gòu)成的時(shí)間測(cè)量電路1，GP21時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片、4MHz高頻晶振構(gòu)成的時(shí)間測(cè)量電路2組成的雙邊測(cè)量電路對(duì)超聲波傳輸時(shí)間測(cè)量大大提高了傳輸時(shí)間測(cè)量的精度和測(cè)量穩(wěn)定性，且有助于小流量的測(cè)量和零流量檢測(cè)，本發(fā)明測(cè)量方法測(cè)量超聲波傳輸時(shí)間的精度優(yōu)于0.5級(jí)。
【IPC分類】G01F1/66
【公開號(hào)】CN105444827
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410439828
【發(fā)明人】左文雄, 陳雄生, 慕志國(guó), 鄭宏偉, 于棟
【申請(qǐng)人】上海中核維思儀器儀表有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年8月31日