专利名称：一种用于超声波热量表的微小时间测量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种时间测量电路，尤其是涉及一种用于超声波热量表的微小时间测量电路。
背景技术：
热量表在测量流量时可以通过超声波进行测量，主要利用了超声波在水中顺流时和逆流时的速度不同，通过计算超声波在顺流时和逆流时通过统一距离的时间差来得到水流的速度，因此测量的精度主要取决于时间测量的精度。目前，应用于超声波传播时差测量电路有脉冲计数型、锁相环路型和ACAM公司出产的名为TDC-GP2的时间数字转换芯片型。脉冲计数型是一种以激励脉冲为计时脉冲，通过计量脉冲个数来计算时间的一种粗计时方法。它的精度取决于计数时钟的频率大小，目前受硬件的限制，脉冲频率不能无限制增加，导致该电路测量精度不高。锁相环路型是锁相环原理的一种改进型应用于超声波流量测量电路。这种电路要求所用锁相环具有较大的频偏范围，而且由于所要求的频率变化范围很大，存在频率不稳定引起的误差分量。同时电路实施较为复杂，技术要求高。TDC-GP2利用现代化的纯数字CMOS技术，以信号通过逻辑门电路的时间来测量时间间隔，精度可达65ps的高精度时间计量芯片。虽然该芯片的应用电路简单，但65ps的计量精度仍未能满足制造高性能仪表的要求，而且成本较高。
发明内容本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，能够大幅提闻计量精度。为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决:一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，包括待测时间产生模块、标准时间产生模块、时序控制模块、时间电压转换模块、电压采集模块和计算模块，待测时间模块包括一对换能器，其中一个换能器发出超声波信号，待测时间计时开始，待测时间模块向外输出方波，另一个换能器接收到超声波信号后时，待测时间模块停止向外输出方波，这样就形成一个宽度为待测时间的方波；标准时间产生模块用于产生时间长度给定的方波；时序控制模块用于接收待测时间模块和标准时间模块提供的方波信号，并在方波信号的起点发出启动信号，在方波的终点发出关闭信号；时间电压转换模块，由恒流源、电容器和控制开关组成，所述控制开关接收到所述时序控制模块提供的启动信号时，连通所述恒流源和所述电容器进行充电，所述控制开关接收到所述时序控制模块提供的关闭信号时，断开所述恒流源和所述电容器之间的连接，充电结束；所述电压采集模块，用于采集电容器两端电压，供所述计算模块计算；所述计算模块接收所述电压采集模块测得的电压值，并进行计算，得到待测时间。电路先由标准时间产生电路来控制时序经时间电压转换电路得到标准时间转换而成的电压量，然后由换能器驱动接收电路来控制时序得到超声波传播时间转换而成的电压量，两者在较短时间的变化量是一致。系统在极短时间内同时测量标准时间和超声波传播时间转换而成的电压量。再将两者的比值乘以标准时间得到待测时间。故系统可以通过此电路来测量超声波在介质中的顺逆流时间差，进而得到介质流速和流量。上述技术方案中，优选的，所述计算模块为单片机。上述技术方案中，优选的，所述电压采集模块为AD转换电路。本实用新型的有益效果是:基于电容充放电原理，用一个恒流源在一定的时间间隔内给电容充电。由于充电时间和电容电压的近似线性关系，所以待测时间与标准时间的比值等于待测时间内充电得到的电容电压与标准时间内充电得到的电容电压的比值，把这个电压变化量与标准时间相乘得到待测时间，采用种方法测量待测时间，测量的精度大大提闻。
图1为本实用新型实施例的电路框图。图2为时间电压转换模块的示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述:参见图1至图2，一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，包括待测时间产生模块、标准时间产生模块、时序控制模块、时间电压转换模块、AD转换电路和单片机。待测时间模块包括一对换能器，其中一个换能器发出超声波信号，待测时间计时开始，待测时间模块向外输出方波，另一个换能器接收到超声波信号后时，待测时间模块停止向外输出方波，这样也就形成一个宽度为待测时间的方波。标准时间产生模块由单片机的晶振产生，本实施例中采用的单片机的晶振的频率为4MHZ，因此一个标准时间的方波的宽度为250ns。时序控制模块用于接收待测时间模块和标准时间模块提供的方波信号，并在方波信号的起点发出启动信号，在方波的终点发出关闭信号。时间电压转换模块:由恒流源、电容器和控制开关组成。控制开关接收到时序控制模块提供的充电开启信号对电容器进行充电，到接收到关断信号充电停止，电容器两端的电压就是时间产生电路的时间对应值。AD转换电路:由单片机自带的AD模块采集电容器两端电压并转换成数字量，供单片机计算。具体的测量步骤为:1、标准时间产生模块产生一个250ns的方波。2、时序控制模块接收标准时间模块提供的方波信号，并在方波信号的起点发出启动信号，在方波的终点发出关断信号。3、控制开关接收到时序控制模块提供的充电开启信号时，连通恒流源和电容器进行充电；到接收到关断信号时，控制开关断开恒流源和电容器之间的连接，充电停止。充电时间的长度与电容器两端电压之间呈正比。4、由单片机自带的AD模块采集电容器两端电压Vl并转换成数字量，供单片机计笪5、待测时间产生模块产生一个方波。6、重复第2和第4两步骤，将电容器两端的电压V2转换成数字量，供单片机计算。7、单片机利用公式:待测时间=(V1/V2) *250ns，计算得到待测时间。采用这种方法测量待测时间的精度为:
权利要求1.种用于超声波热量表的微小时间测量电路，其特征在于:包括待测时间产生模块、标准时间产生模块、时序控制模块、时间电压转换模块、电压采集模块和计算模块，待测时间模块包括一对换能器，其中一个换能器发出超声波信号，待测时间计时开始，待测时间模块向外输出方波，另一个换能器接收到超声波信号后时，待测时间模块停止向外输出方波，这样就形成一个宽度为待测时间的方波；标准时间产生模块用于产生时间长度给定的方波；时序控制模块用于接收待测时间模块和标准时间模块提供的方波信号，并在方波信号的起点发出启动信号，在方波的终点发出关闭信号；时间电压转换模块，由恒流源、电容器和控制开关组成，所述控制开关接收到所述时序控制模块提供的启动信号时，连通所述恒流源和所述电容器进行充电，所述控制开关接收到所述时序控制模块提供的关闭信号时，断开所述恒流源和所述电容器之间的连接，充电结束；所述电压采集模块，用于采集电容器两端电压，供所述计算模块计算；所述计算模块接收所述电压采集模块测得的电压值，并进行计算，得到待测时间。
2.据权利要求1所述的一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，其特征在于:所述计算模块为单片机。
3.据权利要求1所述的一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，其特征在于:所述电压采集模块为AD转换电路。
专利摘要本实用新型公开了一种用于超声波热量表的微小时间测量电路，包括待测时间产生模块、标准时间产生模块、时序控制模块、时间电压转换模块、电压采集模块和计算模块，电路先由标准时间产生电路来控制时序经时间电压转换电路得到标准时间转换而成的电压量，然后由换能器驱动接收电路来控制时序得到超声波传播时间转换而成的电压量，两者在较短时间的变化量是一致。系统在极短时间内同时测量标准时间和超声波传播时间转换而成的电压量。再将两者的比值乘以标准时间得到待测时间进行比较。故系统可以通过此电路来测量超声波在介质中的顺逆流时间差，进而得到介质流速和流量。
文档编号G01F1/66GK202928725SQ20122047864
公开日2013年5月8日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者邵行菊, 童孝波, 李志明 申请人:宁波水表股份有限公司, 宁波豪仕达仪表科技有限公司