换能器的双端声波激发系统、方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及超声波燃气表计量技术领域，尤其涉及一种换能器的双端声波激发系统、方法、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.超声波计量技术一般分为激发端和接收端，目前较为成熟的方案是使用时间转换芯片完成换能器的信号激发，即通过mcu下发指令控制时间数字转换器芯片，激发换能器up和down两个信号；
3.但是，对于时间数字转换器芯片而言，一般有up和down两和输出端口。一般设计中，换能器一端接地，另一端接入tdc驱动的激发信号输出口(up或者down口)，即一种单端窄脉冲激发的工作方式，从信号单次的激发效率来看是有待提升的。
4.通用方案中，接收端的回波检测采用首波检测方法，为了保证首波信号质量，一般在需要多次激发，对于电路而言，增加了发射电路功耗和回波的电路的干扰信号。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种换能器的双端声波激发系统、方法、电子设备及存储介质，该换能器的双端声波激发方法能够解决现有技术中单端窄脉冲激发效率较低的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明实施例提供一种换能器的双端声波激发系统，包括：
8.单稳态触发器，与第一模拟开关和第二模拟开关相连接，用于输出脉冲信号；
9.控制模块，与所述第一模拟开关和所述第二模拟开关相连接，用于控制第一模拟开关和第二模拟开关分别闭合至sa端口和up1端口；
10.升降压芯片，与第三模拟开关相连接；
11.换能器，与所述第三模拟开关相连接；
12.时间数字转换器芯片，与所述第一模拟开关相连接，用于输出up信号，通过所述up信号控制第三模拟开关的in1逻辑引脚将换能器的a1端连接到升降压芯片的+15v；同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出。
13.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
14.进一步地，所述单稳态触发器输出的脉冲信号与所述时间数字转换器芯片输出的up信号脉冲宽度相同。
15.进一步地，所述单稳态触发器的型号为ltc6993-3。
16.进一步地，所述单稳态触发器用于：
17.通过单个电阻rset对内部主振荡器频率进行编程，设置所述单稳态触发器的时基。
18.进一步地，所述单稳态触发器用于：
19.通过主震荡器和内部时钟分频器确定所述单稳态触发器输出的脉冲宽度。
20.一种换能器的双端声波激发方法，所述方法具体包括：
21.通过控制模块控制第一模拟开关和第二模拟开关分别闭合至sa端口和up1端口，时间数字转换器芯片输出up信号；
22.通过所述up信号控制第三模拟开关的in1逻辑引脚将换能器的a1端连接到升降压芯片的+15v；
23.同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出。
24.进一步地，所述同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出，包括：
25.通过单个电阻对单稳态触发器的内部主震荡器频率进行编程，从而设置所述单稳态触发器的时基。
26.进一步地，所述同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出，还包括：
27.通过主震荡器和内部时钟分频器确定所述单稳态触发器输出的脉冲宽度。
28.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述方法的步骤。
29.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
30.本发明具有如下优点：
31.本发明中的换能器的双端声波激发系统，单稳态触发器，与第一模拟开关和第二模拟开关相连接；控制模块，与所述第一模拟开关和所述第二模拟开关相连接，用于控制第一模拟开关和第二模拟开关分别闭合至sa端口和up1端口；升降压芯片，与第三模拟开关相连接；换能器，与所述第三模拟开关相连接；时间数字转换器芯片，与所述第一模拟开关相连接，用于输出up信号，通过所述up信号控制第三模拟开关的in1逻辑引脚将换能器的a1端连接到升降压芯片的+15v；同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出。解决了现有技术中单端窄脉冲激发效率较低的问题。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明换能器的双端声波激发系统的框图；
34.图2为本发明换能器的双端声波激发方法的流程图；
35.图3为换能器a和b两端的信号示意图；
36.图4为本发明提供的电子设备实体结构示意图。
37.附图标记说明
38.时间数字转换器芯片10，第一模拟开关20，第二模拟开关30，第三模拟开关40，单稳态触发器50，控制模块60，升降压芯片70，换能器80，电子设备90，处理器901，存储器902，总线903。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
40.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
41.图1为本发明换能器的双端声波激发系统实施例流程图，如图1所示，本发明实施例提供的一种换能器的双端声波激发系统包括以下步骤：
42.单稳态触发器50，与第一模拟开关20和第二模拟开关30相连接，用于输出脉冲信号；
43.控制模块60，与所述第一模拟开关20和所述第二模拟开关30相连接，用于控制第一模拟开关20和第二模拟开关30分别闭合至sa端口和up1端口；
44.升降压芯片70，与第三模拟开关40相连接；
45.换能器80，与所述第三模拟开关40相连接；
46.时间数字转换器芯片10，与所述第一模拟开关20相连接，用于输出up信号，通过所述up信号控制第三模拟开关40的in1逻辑引脚将换能器80的a1端连接到升降压芯片70的+15v；同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器50，单稳态触发器50输出脉冲信号，控制第三模拟开关40的in2逻辑引脚将换能器80的a2端连接到升降压芯片70的+15v，完成换能器80的双端输出。
47.单稳态触发器50输出的脉冲信号与所述时间数字转换器芯片10输出的up信号脉冲宽度相同。
48.单稳态触发器50的型号为ltc6993-3；
49.所述单稳态触发器50用于：通过单个电阻rset对内部主振荡器频率进行编程，设置所述单稳态触发器50的时基。
50.所述单稳态触发器50用于：通过主震荡器和内部时钟分频器确定所述单稳态触发器50输出的脉冲宽度。
51.本发明换能器的双端声波激发系统通过第一模拟开关20、第二模拟开关30、第三模拟开关40和单稳态触发器50的组合电路，实现针对换能器80的双端激发。
52.单稳态触发器50只有一个稳定状态，一个暂稳态。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器50可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。由于电路中rc延时环节的作用，该暂态维
持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于rc的参数值。
53.单稳态触发器50的特点是可输出可配置宽度的脉冲信号，输入触发方式(上升沿或下降沿)可选择。优选的，单稳态触发器50的型号为ti公司的ltc6993-3，单稳态触发器50的芯片可通过单个电阻rset对内部主振荡器频率进行编程，从而设置ltc6993-3的时基，输出脉冲宽度由此主振荡器和内部时钟分频器ndiv(可编程为从1到221的八种设置)确定。
54.通过第一模拟开关20和第二模拟开关30将单稳态触发器50接入时间数字转换器芯片10输出up或down的激发信号链路。换能器80的脉冲触发信号的前半周期通过时间数字转换器芯片10输出up或down信号，接入第三模拟开关40的逻辑口，控制升压电路接入换能器80的一端；后半周期经过触发单稳态触发器50，接入第三模拟开关40的逻辑口，控制升压电路接入换能器80的另外一端，实现针对换能器80的双端激发。
55.本发明换能器的双端声波激发系统操作步骤如下：
56.选择下降沿触发的单稳态触发器50，输出脉冲宽度按照系统所需配置(一般与时间数字转换器芯片10输出的脉冲宽度一致，假定激发频率为200khz，即脉冲宽度为一个周期的1/2，即2.5us)。
57.换能器80包括换能器80a和换能器80b，换能器80a的a1端、a2端及换能器80b的b1端、b2端初始连接至升降压芯片70的-15v。
58.先激发up信号，首先通过控制模块60mcu控制将第一模拟开关20闭合至sa，同时将第二模拟开关30闭合到up1，随后时间数字转换器芯片10(tdc)输出up信号，通过up信号控制第三模拟开关40的in1逻辑引脚将换能器80a的a1端连接到升降压芯片70的+15v。同时up信号下降沿触发单稳态触发器50，单稳态触发器50输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关40的in2逻辑引脚将换能器80a的a2端连接到升降压芯片70的+15v。
59.完成换能器80两端a的
±
15v电压的双端窄脉冲激发。down信号的激发工作方式也是相同。图3中的up和down换能器80a和b两端的信号示意图，其中t1、t3由时间数字转换器芯片10(tdc)产生，t2、t4由单稳态触发器50产生。并且t1、t2、t3、t4周期相同，如上所述，本方案中假定激发频率为200khz,即周期为2.5us。间隔时间t(us)为up时间测量完成到down开始测量的时间间隔，一般为节省功耗，越小越好，但可根据实际需求定。
60.综上所述，本发明换能器的双端声波激发系统是基于模拟开关和单稳态触发器50组合的超声波换能器80激发电路，基于单稳态触发器50的特点，设计出通过时间数字转换器芯片10(tdc)单次激发实现针对换能器80的双端输出。本方案电路结构简单集成度高，实现方式较为便捷，能非常方便的将信号分为两路输出到换能器80两端，保证发射电路激发信号高效的同时降低了功耗的损失。提高了系统可靠性，降低了硬件电路开发的难度。为燃气行业超声波计量技术国产化提供了不同的思路。
61.图2为本发明换能器的双端声波激发方法实施例流程图；如图2所示，本发明实施例提供的一种换能器的双端声波激发方法，包括以下步骤：
62.s101，通过控制模块控制第一模拟开关和第二模拟开关分别闭合至sa端口和up1端口，时间数字转换器芯片输出up信号；
63.具体的，时间数字转换器是一种可以识别事件发生时间，将模拟信号转换成数字信号的仪器，广泛应用于统计激光器后脉冲分布、粒子碰撞时间、量子光学、量子密钥分配、光检测和激光雷达测距等科研领域。
64.通过第一模拟开关20和第二模拟开关30将单稳态触发器50接入时间数字转换器芯片10输出up或down的激发信号链路。先激发up信号，首先通过控制模块60mcu控制将第一模拟开关20闭合至sa，同时将第二模拟开关30闭合到up1，随后时间数字转换器芯片10(tdc)输出up信号。
65.s102，通过up信号控制第三模拟开关的in1逻辑引脚将换能器的a1端连接到升降压芯片的+15v；
66.具体的，换能器80的脉冲触发信号的前半周期通过时间数字转换器芯片10输出up或down信号，接入第三模拟开关40的逻辑口，控制升压电路接入换能器80的一端；。
67.s103，同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器，单稳态触发器输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关的in2逻辑引脚将换能器的a2端连接到升降压芯片的+15v，完成换能器的双端输出。
68.具体的，后半周期经过触发单稳态触发器50，接入第三模拟开关40的逻辑口，控制升压电路接入换能器80的另外一端，实现针对换能器80的双端激发。
69.通过单个电阻对单稳态触发器50的内部主震荡器频率进行编程，从而设置所述单稳态触发器50的时基。
70.通过主震荡器和内部时钟分频器确定所述单稳态触发器50输出的脉冲宽度。
71.图4为本发明实施例提供的电子设备实体结构示意图，如图4所示，电子设备90包括：处理器901(processor)、存储器902(memory)和总线903；
72.其中，处理器901、存储器902通过总线903完成相互间的通信；
73.处理器901用于调用存储器902中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：通过控制模块60控制第一模拟开关20和第二模拟开关30分别闭合至sa端口和up1端口，时间数字转换器芯片10输出up信号；通过所述up信号控制第三模拟开关40的in1逻辑引脚将换能器80的a1端连接到升降压芯片70的+15v；同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器50，单稳态触发器50输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关40的in2逻辑引脚将换能器80的a2端连接到升降压芯片70的+15v，完成换能器80的双端输出。
74.本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：通过控制模块60控制第一模拟开关20和第二模拟开关30分别闭合至sa端口和up1端口，时间数字转换器芯片10输出up信号；通过所述up信号控制第三模拟开关40的in1逻辑引脚将换能器80的a1端连接到升降压芯片70的+15v；同时通过up信号下降沿触发单稳态触发器50，单稳态触发器50输出相同脉宽脉冲信号，控制第三模拟开关40的in2逻辑引脚将换能器80的a2端连接到升降压芯片70的+15v，完成换能器80的双端输出。
75.本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的存储介质。
76.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的
部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
77.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
78.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
79.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。