一种逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种逐级增强电压激励测量超声波渡越时间的电路。电路用三个不同强度的电压方波对超声波传感器激励，并据此实现对波形峰值的特征点定位，计算波形的渡越时间。本发明电路组成包括：第一多路选通（4）用于在四个备选电压中选择并构造激励信号，通过第二多路选通（5）将激励信号送给发送传感器，回波信号导入后处理电路；波形特征点判定电路（6）根据激励与回波的峰值对应关系，将各自峰值之后的第一个过零点位置判断出来，获得渡越时间差。本发明利用的是激励与接收波的峰值对应关系确定特征点，为了避免接收波峰值受到外界干扰而导致错位，采用阶梯电压激励拉大峰值的电压差，增加抗干扰的容限。
【专利说明】一种逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量超声波渡越时间的电路，具体是一种逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路。
【背景技术】
[0002]时差式超声波流量计依靠检测流动介质对超声波信号的调制作用，获得声波在固定长度声道上的渡越时间，从而推算出介质的流速数据。当前超声波流量计通常采取对波形的特定标记点识别来判断渡越时间，因此对波形上特定标记点的判断就成了时差式超声波流量计的关键技术。
[0003]现有技术中，在发出超声波信号时，采取的主要方法包括:
1、采用等幅方波序列激励，并设置阈值，当信号复制超过阈值后，采用其后若干个波形的过零点位置作为特征位置。这种方法在气体时差式流量计中应用存在一定困难，当流动稳定性较差时，其幅值在不同时间段可能存在一定的变动，导致阈值无法定位到同一个波形上，从而出现特征点的跨周期误判。如图2和图4所示。
[0004]2、采用带有频率编码等幅方波激励，并检测接收波形中的频率变化情况，通过与激励编码的对应关系确定确定波形特征点，如图3和图5所示。这种方式在雷达上使用较多，但是在超声波传感器上使用有一定问题。超声波传感器在其谐振频率点上可以获得最好的输出情况，但采用编码发射就不可避免的需要偏离其谐振频点。超声波传感器在小于谐振频率工作时，电流超前电压体现容性，而大于谐振频率工作时电路体现感性。在实际工作中接收到的波形将难以出现理想的编码效果，且波形中存在明显的过渡频率成分，特征点也非常容易出现周期误判。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的是解决现有技术中对超声波过零点判定失误率较大与算法复杂的问题，设计一种逐级升高电压激励方法，利用信号幅值来标记波形的对应关系，确定超声波渡越时间。其采用的采用的技术方案是:一种逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，用于流量计壳体与两个超声波传感器构成流量计的一次仪表，包括:第一多路选通器，产生逐级增强电压激励信号；第二多路选通器，通过所述第二多路选通器实现激励与接收信号在所述两个超声波传感器之间的切换；波形特征点判定电路输入激励信号与接收信号，并利用其中的波形最高峰值来确定两者的对应关系，并在其后的第一个上穿越过零点时刻相减作为渡越时间；渡越时间滤波输出器将所述波形特征点判定电路输入的结果平滑滤波后，实现输出。
[0007]进一步的,采用1.8^3.3V使超声传感器的起振。
[0008]进一步的，使用5V电压激励。
[0009]进一步的，工作电压为20~24V。[0010]进一步的，激励超声波传感器的信号具有四个电压的方波序列。
[0011]本发明专利的有益效果是，将幅值作为波形定位点的判定依据进行工作，规避了其他技术中对过零点位置容易出现误判的问题。且通过拉大最大激励电压与其他电压之间的差距，加大流动引起信号幅值变化的容限，增加判断特征点的稳定性。
[0012]本电路在工作过程中构造一个具有逐级升高电压幅值的方波序列，从而从利用激励与接收波形在峰值的对应关系确定两者的对应关系，本工作原理可有效避免现有技术中在等幅方波序列与正弦波序列中寻找对应关系可能存在的对应错误问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的电路组成结构示意图；
图2是现有技术中利用等幅值固定频率的方波序列去激励传感器的示意图；
图3是现有技术中利用等幅值频率编码的方波序列去激励传感器的示意图；
图4是现有技术中利用单一阈值法判定波形特征点的示意图；
图5是现有技术中利用波形中的频率变化判定波形特征点的示意图；
图6是逐级增强电压激励信号与接收信号的波形对比示意图。
[0014]图中各附图标记含义为:1-流量计壳体；2、3_超声波传感器；4-第一多路选通器；5_第二多路选通器；6_波形特征点判定电路；7_渡越时间滤波输出器。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]本发明的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，构造电压幅值逐级增加的三级方波序列，同时尽量拉开各级间的激励电压差值。在接收信号中，也会对应产生幅值差异，从而可以将该参数作为与激励信号对应波形的标记，实现渡越时间的测量。为了实现以上逻辑关系，电路系统中设置了:第一多路选通4，用于构造电压幅值逐级增加的方波序列；第二多路选通5，将激励电压与接收信号在两个超声波传感器上切换，实现顺流逆流测试；波形特征点判定电路6需要输入激励信号与接收信号，并利用其中的波形最高峰值来确定两者的对应关系，并在其后的第一个上穿越过零点时刻相减作为渡越时间；渡越时间滤波输出器7将波形特征点判定电路6输入的结果平滑滤波后，实现输出。
[0017]本发明的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路结构如图1所示，流量计壳体I与超声波传感器2、3构成流量计的一次仪表；本发明电路部分包括:第一多路选通器4，产生逐级增强电压激励信号；通过第二多路选通器5实现激励与接收信号在两个超声波传感器2、3之间的切换，达到顺流逆流测量的目的；波形特征点判定电路6需要输入激励信号与接收信号，并利用其中的波形最高峰值来确定两者的对应关系，并在其后的第一个上穿越过零点时刻相减作为渡越时间；渡越时间滤波输出器7将波形特征点判定电路6输入的结果平滑滤波后，实现输出。各个关键部分的信号波形如图6所示。
[0018]实施中，备选电压分别设计为:1.8?3.3V，这个小电压激励是为了超声传感器的起振，然后使用5V电压激励，最后的工作电压是20?24V电压产生一个峰值电压标记。以上电压在常规超声波流量计电路中均有存在，且尽量拉大了峰值电压与其他电压之间的差值，可获得较好的峰值标记效果。图6中可以比较清晰的看出激励电压与接收信号之间的波形对应关系，在峰值出现后，在其后的第一个上穿越过零点位置，作为信号的对应点计算渡越时间。其后的接收波形为传感器自由震荡，不再接收。
[0019]本发明使用逐级升高电压激励，并根据接收波与激励波形之间的最高幅值对应关系来判定特征点。本发明的优点在于利用非常明显的幅值变化来确定对应点，同时为了避免流动波动引起信号幅值变化，将最大激励电压与其他电压值拉开较大差距，加大流动引起信号幅值变化的容限，增加判断特征点的稳定性。
【权利要求】
1.一种逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，用于流量计壳体(I)与两个超声波传感器(2、3)构成流量计的一次仪表，包括:第一多路选通器(4)，产生逐级增强电压激励信号；第二多路选通器(5)，通过所述第二多路选通器(5)实现激励与接收信号在所述两个超声波传感器(2、3)之间的切换；波形特征点判定电路(6)输入激励信号与接收信号，并利用其中的波形最高峰值来确定两者的对应关系，并在其后的第一个上穿越过零点时刻相减作为渡越时间；渡越时间滤波输出器(7)将所述波形特征点判定电路(6)输入的结果平滑滤波后，实现输出。
2.如权利要求1所述的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，其特征在于:采用1.8^3.3V使超声传感器的起振。
3.如权利要求1所述的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，其特征在于:使用5V电压激励。
4.如权利要求1所述的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，其特征在于:工作电压为20~24V。
5.如权利要求1所述的逐级升高电压激励测量超声波渡越时间的电路，其特征在于:激励超声波传感器的信号 具有四个电压的方波序列。
【文档编号】G01F1/66GK103471668SQ201310333978
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】沈卫平, 鲍敏, 郑锡斌, 吴春华 申请人:浙江理工大学