一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器的制作方法

本发明涉及一种超声波气体流量计，特别涉及一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器。

背景技术：

超声波气体流量计的核心测量超声波信号从发送到接收的飞行时间，超声波接收到的信号一般如附图1所示，包括连个超声波传感器1,2。超声波气体流量计一般需要将信号输入比较器电路，才能测量超声波到达时间，输入比较器的信号可能受气体成分，温度，压力，湿度等各种因素影响而信号幅值大小不同，会产生问题。

因此一般在超声波信号处理时一般会采用自动增益方案，自动增益方案首先采集超声波信号的幅值，将超声波信号幅值作为反馈信号，改变放大电路增益，从而调节信号大小，使得超声波信号幅值无论外部环境如何变化都能够维持在合适的范围内，因此如何准确的获取超声波信号幅值是信号处理的核心问题之一。

获取超声波信号幅值常用的方法有：方案一，采用检波电路，或得并保持超声波信号中最大波峰的幅值，然后使用低速adc采样将信号幅值转换为数字信号；方案二，采用快速adc直接进行采样，直接将超声波模拟信号转换为数字信号，一般使用dsp进行数字信号处理，可以得到每一个超声波的波峰与波谷值。

为解决上述问题，现有的采用的方式有上述的方案一和方案二，但是上述方案并不能很好解决问题，主要原因在于方案一仅能获得最大波峰的幅值，实际使用中用需要的是第一个波谷的幅值，最大波峰与第一个波谷不一定是成比例；方案二可以直接获得第一个波谷的幅值，可是使用高速adc必然会产生大量数据，一般也需要配套dsp进行信号处理，方案2成本较高，且功耗较大。

也即现有的技术中缺乏一种专门用于超声波信号处理的模拟数字转换器(adc)，在不需要其他信号处理电路可以测得前几个波谷幅值，这样的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，

本技术：
旨在解决现有的用于超声波信号处理的模拟数字转换器存在问题，

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，分辨率为n位的用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，其包括：

比较器，比较器的个数为2^n个，其构成超声波信号比较结构，且第一比较器c1会在接收超声波信号后产生周期信号时钟脉冲(cp)；

d触发器，d触发器的个数为2^n-1个，其构成信息存储部件；

2^n个电阻；

以及优先编码器。

作为本发明进一步的方案：比较器的输出作为d触发器的时钟信号，d触发器的数据输入始终为1。

作为本发明进一步的方案：所述模拟数字转换器的工作原理如下，必要时，包括静态描述和动态描述；

步骤1：发送超声波驱动信号

步骤2：发送清零信号clr

步骤3：等待超声波接收信号到达，信号到达后，比较器c1会产生周期信号cp

步骤4：单片机在cp上升沿采集优先编码器输出结果，第一个上升沿采集到的数据极为第一个波谷的幅值，依次类推。

触发器在触发后，只能等到下一次发送信号时清零，因此，在采集到最低波谷的幅值后，就不能采集后续波形的波谷。一般而言，后续波形的波谷幅值也没有采集的必要。

本发明在并行adc的基础上，增加了清零时序，同时将比较器的输出作为触发器的时钟信号，触发器的数据输入始终为1。可以用于低功耗电路，并且数据量远小于快速adc采样方案，同时又能够直接获得前几个波谷的幅值，非常适用于超声波信号处理电路。

本申请的一种专门用于超声波信号处理的模拟数字转换器(adc)，相对于普通的adc，优点为：功耗低，数据量低，不需要其他信号处理电路可以测得前几个波谷幅值。缺点：只能进行波谷测量，不能适用于非超声波信号处理，只能测量有限几个波谷幅值。因而，应用于超声波信号处理时，此方案是足够满足要求的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是气体流量计的结构示意图；

图2是现有技术中模拟数字转换器；

图3本发明的模拟数字转换器；

图4为检波电路示意图；

图5为发明的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5。

一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，分辨率为n位的用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，其包括：

比较器，比较器的个数为2^n个，其构成超声波信号比较结构，且第一比较器c1会在结构超声波信号后产生周期信号时钟脉冲(cp)；

d触发器，d触发器的个数为2^n-1个，其构成信息存储部件；

2^n个电阻；

以及优先编码器。

作为本发明进一步的方案：比较器的输出作为触发器的时钟信号，触发器的数据输入始终为1。

作为本发明进一步的方案：所述模拟数字转换器的工作原理如下，必要时，包括静态描述和动态描述；

步骤1：发送超声波驱动信号

步骤2：发送清零信号clr

步骤3：等待超声波接收信号到达，信号到达后，比较器c1会产生周期信号cp

步骤4：单片机在cp上升沿采集优先编码器输出结果，第一个上升沿采集到的数据极为第一个波谷的幅值，依次类推。

触发器在触发后，只能等到下一次发送信号时清零，因此，在采集到最低波谷的幅值后，就不能采集后续波形的波谷。一般而言，后续波形的波谷幅值也没有采集的必要，参见图5可知在采集到最低波谷的幅值后，后续的波谷是逐渐变弱，从而是无法采集的。

本发明在并行adc的基础上，增加了清零时序，同时将比较器的输出作为触发器的时钟信号，触发器的数据输入始终为1。可以用于低功耗电路，并且数据量远小于快速adc采样方案，同时又能够直接获得前几个波谷的幅值，非常适用于超声波信号处理电路。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，分辨率为n位的用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，其包括：比较器，比较器的个数为2n个，其构成超声波信号比较结构，且第一比较器C1会在结构超声波信号后产生周期信号时钟脉冲(CP)；D触发器，D触发器的个数为2n‑1个，其构成信息存储部件；2n个电阻，以及优先编码器。本申请的模拟数字转换器功耗低，数据量低，不需要其他信号处理电路可以测得前几个波谷幅值。

技术研发人员：邵禹森
受保护的技术使用者：湖北天禹环保科技有限公司
技术研发日：2017.12.14
技术公布日：2018.04.13