超聲波流量計的超聲波發射接收電路的製作方法
2023-10-09 11:12:04
專利名稱：超聲波流量計的超聲波發射接收電路的製作方法
技術領域：
超聲波流量計的超聲波發射接收電路，涉及超聲波發射接收電路的改進，適用於 壓力、溫度變化範圍寬、大口徑、大流量氣體的超聲波流量計，液體濃度測量、氣體組分分析 儀。
背景技術：
現在用於超聲波流量計的超聲波發射接收電路，一般都採用單閉環自動增益控 制，由於氣體超聲波流量計使用環境非常複雜，溫度、壓力、聲程、氣體流速範圍變化範圍非 常寬，造成回波信號的強弱波動非常大，給電路設計帶來了非常大的難度，尤其是超聲波發 射接收電路的聲時接收一般都採用首波接收或者純包絡線電壓幅值接收控制，在實際使用 中存在無法適應複雜的壓力、溫度、多組分氣體、口徑多重變化的檢測環境，總是需要根據 不同檢測情況，不斷的更改超聲波發射接收電路，更改超聲波觸發探頭來適應不同的壓力、 溫度、氣體組分、口徑的檢測情況，因此，造成現有的超聲波流量計檢測適應性差，生產和使 用不便，檢測的精度不高。
發明內容針對現在通用的超聲波發射接收電路的不足，本發明人通過長期研究，設計了一 種生產和使用方便，能夠適用於不同口徑、不同壓力、不同氣體組分和不同溫度條件下進行 超聲波氣體流量檢測的超聲波流量計的超聲波發射接收電路。本實用新型超聲波發射接收電路由發射電路，電壓調整電路，程控放大電路，接收 電路，數字濾波電路，MCU控制器，數/模轉換器(DAC)，壓控放大器，模/數轉換器(ADC)，檢 波電路，溫度檢測電路，壓力檢測電路，流量計運算單元，聲時電路，可編程邏輯器(FPGA)， 時鐘門構成。發射電路由MCU控制器產生脈衝驅動高壓去激發換能器，觸發電壓可以調整，提 高發射信號的強度和接收信號的信噪比；接收電路由MCU控制器和流量計運算單元通信獲 得超聲探頭從管道內壓力和溫度信號，經過模/數轉換器(ADC)模糊算法確定前置程控放 大倍數，MCU控制器通過檢波電路跟蹤採集檢波信號輸出至數/模轉換器(DAC)控制壓控 放大器鎖定信號幅值，可編程邏輯器(FPGA)根據檢波信號鎖定峰值，並鎖定峰值對應的超 聲波波峰，時鐘門是頻率為IOOMHz的低溫漂高精度高穩定度的時鐘，利用超聲波的波峰過 零檢測確定精度的聲時，包絡檢波對應的超聲波波峰正好是超聲波的中心頻率，使得這種 超聲波接收處理比採用首波接收電路處理的精度要高。電路中壓控放大器和檢波電路組 成實時跟蹤的PID內閉環自動增益系統和溫度檢測電路、壓力檢測電路、電壓調整電路、壓 控放大器控制範圍組成模/數轉換器(ADC)的外閉環自動增益系統，從而構成自適應式雙 閉環數字自動增益控制，雙自動增益的實現，可以使流量計針對表體的變換、溫度、壓力的 變換而不需要調整電路參數，提高了超聲波發射和接收的電路適用範圍，實現了寬壓力、寬 溫度、寬聲程範圍的自適應，而且提高了檢測控制精度。峰值跟蹤型過零點檢測，保證了聲
3時接收信號的精確性，以超聲波信號的中心頻率波的過零檢測作為聲時的控制，聲時門可 控制在25nS以內，再配以IOOMHz時鐘頻率的低溫漂高精度高穩定度的時鐘和多次測量取 平均值法，可以進一步將聲時門精確到IOnS的聲時精度。本實用新型生產和使用方便，電路的自適應能力強，測量精度高，可廣泛適用在超 聲波流量計上，提高檢測流量精度和量程範圍，也可以適用於液體濃度測量、氣體組分分析 儀。
所附圖是本實用新型的實施例，圖1.本實用新型電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型超聲波發射接收電路由發射電路，電壓調整電路，程控放大電路，接收 電路，數字濾波電路，MCU控制器，數/模轉換器(DAC)，壓控放大器，模/數轉換器(ADC)，檢 波電路，溫度檢測電路，壓力檢測電路，流量計運算單元，聲時電路，可編程邏輯器(FPGA)， 時鐘門構成。MCU控制器經電壓調整電路與發射電路連接，MCU控制器產生脈衝驅動高壓經電 壓調整電路調整後由發射電路激發換能器以提高發射信號的強度和接收信號的信噪比；溫 度檢測電路和壓力檢測電路分別與將超聲探頭連接並經流量計運算單元與MCU控制器電 路連接，將超聲探頭從檢測管道內測得的壓力和溫度信號傳輸給MCU控制器；MCU控制器 經程控放大電路與接收電路電路連接，由通信獲得超聲探頭從管道內壓力和溫度信號；接 收電路經數字濾波電路、壓控放大器與可編程邏輯器(FPGA)電路連接；時鐘門採用頻率為 IOOMHz的低溫漂高精度高穩定度的00(0時鐘，時鐘門與可編程邏輯器(FPGA)電路連接， 壓控放大器經檢波電路、模/數轉換器(ADC)與MCU控制器電路連接，組成實時跟蹤的PID 內閉環自動增益系統；MCU控制器經數/模轉換器(DAC)與壓控放大器電路連接；可編程邏 輯器(FPGA)電路經聲時電路與MCU控制器電路連接；檢波電路與可編程邏輯器(FPGA)電 路。溫度檢測電路、壓力檢測電路、電壓調整電路、壓控放大器控制範圍組成模/數轉換器 (ADC)的外閉環自動增益系統，從而在電路中構成自適應雙閉環數字自動增益控制，實現了 寬壓力、寬溫度、寬聲程範圍的自適應，使流量計針對表體的變換、溫度、壓力的變換而不需 要調整電路參數，提高了超聲波發射和接收的電路適用範圍，從而提高了超聲檢測控制精 度。採用峰值跟蹤型過零點檢測，以保證聲時接收信號的精確性，以超聲波信號的中心頻率 波的過零檢測作為聲時的控制，聲時門可控制在25nS以內，再配以IOOMHz時鐘頻率的低溫 漂高精度高穩定度的時鐘和多次測量取平均值法，可以進一步將聲時門精確到IOnS的聲 時精度。
權利要求1.超聲波流量計的超聲波發射接收電路，由發射電路，電壓調整電路，程控放大電路， 接收電路，數字濾波電路，MCU控制器，數/模轉換器(DAC)，壓控放大器，模/數轉換器 (ADC)，檢波電路，溫度檢測電路，壓力檢測電路，流量計運算單元，聲時電路，可編程邏輯器 (FPGA)，時鐘電路構成，其特徵在於壓控放大器和檢波電路組成實時跟蹤的PID內閉環自 動增益系統和溫度檢測電路、壓力檢測電路、電壓調整電路、壓控放大器控制範圍組成模/ 數轉換器(ADC)的外閉環自動增益系統，從而構成自適應式雙閉環數字自動增益控制。
2.根據權利要求1所述的超聲波發射接收電路，其特徵在於時鐘門採用頻率為 IOOMHz的低溫漂高精度高穩定度的時鐘。
專利摘要超聲波流量計的超聲波發射接收電路，涉及超聲波發射接收電路的改進，適用於壓力、溫度變化範圍寬、大口徑、大流量氣體的超聲波流量計，液體濃度測量、氣體組分分析儀。本實用新型電路通過採用溫度和壓力自適應雙閉環自動增益控制、聲時接收的峰值跟蹤型過零點檢測、觸發電壓的可調從而提高了信號的信噪比，聲時的測量精度和抗幹擾能力，實現了在複雜的壓力、溫度、多組分氣體、口徑多重變化檢測環境的自適應。本實用新型生產和使用方便，可廣泛應用於氣體超聲波流量計和分析儀。
文檔編號G01F1/66GK201819713SQ20102052768
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者陸寶鈞, 陳雄生 申請人:上海維思儀器儀表有限公司