专利名称:信号质量保证电路的制作方法
本发明涉及一种准确测量超声信号从发射传感器发射，穿过液体传播，到被接收传感器接收的传输时间的超声测流装置。
超声测量装置有两组传感器沿着液体流动方向放置，一组在另一组的上游方向，每组传感器有一个或多个传感器，两组传感器之间，各传感器两两相向成对放置。在每一次测试循环中，依次作为发送端及接收端工作，从发射传感器向接收传感器通过流体逆流和顺流发送超声信号，这些信号从发射到接收的传输时间由一定时器分别测定，随后这些数据由超声测流装置的处理器按时差法或频差法处理，求得管道中液体的流速。
该类型装置要求系统定时器必须在正确的时刻启动和停止。当发射机发出脉冲激励发射传感器时，可以同时送出脉冲去启动定时器。因此，发射超声信号与启动定时器间的同步能容易地得到解决。但使定时器在接收传感器接收到信号后，在准确的时刻上停止则是困难的。现有的解决办法如美国专利4028938所示，接收到的信号进入第一和第二门限检波器，第二门限检波器的门限电平基本上符合于正常信号的第一负峰的峰值电平，第一门限检波器的门限电平则较小，第一门限检波器以传统的方法产生停止定时器的停止脉冲。第二门限检波器则可以监视接收信号的第一负峰是否至少有预定的正常电平还是在穿过液体传播时，由于杂质汽泡或与反射信号间的干涉而过分衰减或畸变，其输出与第一检波器的输出一起通过逻辑电路，相应产生指明接收的信号是正常的还是异常的标志信号。该种处理线路能剔除坏信号，但是对由接收的信号所产生的停止信号，在定时方面的精度没有更大的提高，在抗干扰方面也不理想。
本发明的任务是提出一种能解决以上问题的测量装置。
本发明的要点是为超声波测流装置提供一种信号质量保证电路。
该信号质量保证电路接在流量测量装置的接收机后，包括设定在不同门限电平上的由高速比较器构成的三个门限检波器。分压网络使三个门限检波器分别响应在接收的信号波形的不同电平上，响应在最小幅度的第一门限检波器在信号的第一个由负到正的过零点处产生一定时窗口，响应在较高幅度的第二门限检波器，用以在第一门限检波器规定的定时窗口内产生一停止定时器的停止信号，响应在最高幅度的第三门限检波器用以鉴别第一检波器是否响应在接收信号的第一个由负向正的过零点处。
本发明的优点是由于本电路能在接收到的信号波形予先选定的部分处产生停止定时器的脉冲，于是就可将该欲选定的部分选在峰值较高、上升较陡的信号部分，这样即使信号由于受到种种原因衰减也使由此引起的定时误差可以忽略，从而提高测时精度。
由于电路可以保证总是在每一次接收到的信号波形上的选定的部分产生停止定时器的脉冲，从而有效地防止由于种种原因使信号衰减或其它的干扰波引起错误触发生成的错误读数，提高设备的抗干扰能力，保证测量的正确性。
本发明的具体结构由以下的实施例及附图给出。
图1本发明电路的原理图图2超声波信号及电路动作时序图下面结合附图详细说明本发明实施例的细节及工作情况。
由发射传感器穿过液体传送的超声信号被接收传感器接收转换为电信号经过放大器放大进入图1所示电路。
该电路包括分别设定在不同门限电平E1、E2、E3上的三个高速比较器(1)、(2)、(3)；由比较器(2)输出的正脉冲上升沿同时触发的两个单稳态多谐振荡器(4)、(5)；连接到(4)、(5)输出的异或门(6)；连接到(6)及(3)输出的与门(7)；连接到(7)的输出的单稳态多多谐振荡器(8)及分压电阻网络等各部分。
参照图二已接收的典型的超声信号具有一系列正向和负向的峰，这些峰由大然后衰减到零，这种波形是由于发射和接收传感器的共振特性产生的。
每种信号有一个周期T，这也是由传感器的特性决定的，从而相继两个过零点间的时间(即 1/2 T)在从一处穿过液体到另一处时是相对稳定的。相继传播的各信号间，它们每个信号波形中各峰间的相对大小也是相对稳定的，也就是说，尽管信号可能受到种种原因造成衰减，然而信号波形各峰值间的比实质上是常数，这也是由传感器的特性决定的。
由分压网络设置的门限电平E2，在信号零电平以上，比平均噪声电平略高而又尽可能靠近零电平。门限电平E3设置得此E2略高或相等，而E1则设置在这样的电平，当接收的信号中，最大的正向峰值被衰减得等于或小于该电平时，则第一个由负向正过零点处信号的峰值也不能达到和超过予先设定的电平E2，三者关系为E1＞E3＞E2。在通常的情况下，如图2所示，在接收到的信号的第一个由负向正的过零后，信号电平一超过予定值E2，高速比较器(2)立即输出一正脉冲。该脉冲的前沿同时触发单稳态触发器(4)、(5)。单稳触发器(4)、(5)分别输出一定宽度正脉冲，其宽度是这样的，单稳态触发器(5)输出的脉宽为接收到的信号周期的四分之三(即 3/4 T)左右，单稳态触发器(4)输出的脉宽为接收到的信号周期的1 1/4 周期(即 5/4 T)左右。单稳态触发器(4)的输出与(5)的输入应如图所示连接起来，以使在(4)输出的脉冲结束之前(5)不能被再次触发。(4)、(5)的输出送到异或门(6)的输入。这样只有当单稳态触发器(4)、(5)的输出处于不同电平状态(本例中(5)的输出为低电平，(4)的输出为高电平)期间(即在上述第一过零点后 3/4 T到 5/4 T期间)异或门(6)才产生一正脉冲，该脉冲送到与门(7)的一个输入端，高速比较器(3)输出的正脉冲则送到与门(7)的另一个输入端。如此则只有在第一个过零点之后 3/4 T到 5/4 T的这 1/2 T期间，由低向高超过门限电平E2的那一小部分接收信号使比较器(3)产生的输出正脉冲才能使与门(7)产生正脉冲输出。该脉冲的前沿触发单稳态触发器(8)产生一正脉冲，经端点J送往定时器，该脉冲的前沿用于停止定时器以得到声信号穿过液体传播的传输时间读数。接收到的信号波形中一旦有电平超过予先设定的门限电平E1时，高速比较器(1)产生一正脉冲。该脉冲经端点P送测流装置中处理器部分的逻辑电路，产生一种逻辑电平。例如高电平，在随后的过程中，处理器通过查询判断该电平的存在，以决定将上述定时器的读数用于计算管道中液体的流速。当穿过液体传送的超声波信号由于杂质气泡或反射信号的干涉作用而衰减，以至接收到的信号的最大峰值电平不能超过门限电平E1，高速比较器(1)不产生脉冲输出，则流量测量装置处理器部分的逻辑电路处于另一种逻辑电平，例如低电平。这时由上所述产生的停止信号将不是相对于上面提到的第一过零点产生的。这时处理器通过查询判断到的逻辑电路的低电平，转入相应处理程序。例如不用本次测量的数据，进入下一次测量循环，或在测得的定时读数中减去一相应的延迟时间，从而消除错误读数。
上述实施线路中的单稳态触发器也可使用可重触发单稳态触发器，仅需对单稳态触发器(4)如图虚线所示增加一处接线使之接成不可重触发方式。
在保证设定的门限电平绝对值E1＞E3＞E2且满足上面提到的相对关系时，亦可置为负电平以响应信号电平的负峰方向，线路原理相同，仅对线路连接作些更动即可实现。
本发明提出的思想和方法完全可用于具有类似定时要求的超声测流装置之外的测量装置中。
权利要求
1.一种准确测量超声波信号从发射传感器发射穿过液体传播，被接收传感器接收的传输时间的超声波测流装置，其特征在于在装置的接收机后接入设定三个门限电平的信号质量保证电路，当电路接收的信号大于或等于门限电平时，分别产生停止计时器信号和鉴别标志信号。
2.根据权利要求
1.所述的信号质量保证电路其结构特点为输入信号同时送到比较器(1)、比较器(2)、比较器(3)的(＋)输入端，比较器(2)的输出同时送到单稳态触发器(4)和单稳态触发器(5)的上升沿触发输入端。这两个单稳态触发器的输出作为异或门(6)的输入使异或门(6)的输出成为时间门信号而作为与门(7)的输入之一。比较器(3)的输出作为与门(7)的另一输入。这样该电路就使比较器(3)产生的输出只有在上述时间门规定的有效时间内才能产生有效输出讯号。比较器(1)的输出信号则是作为输出信号无效的标志信号。由分压网络设置的三个门限电压分别接到三个比较器的(－)输入端。
3.根据权利要求
2.之所述，其特点是单稳态触发器(4)的输出脉冲宽度调节在输入信号周期(T)的 5/4 左右，单稳态触发器(5)的输出脉冲宽度调节在输入信号周期(T)的 3/4 左右形成定时门。
4.根据权利要求
2.之所述，其特点是比较器(2)的门限电平E2设定在输入信号交流零电平之上比平均噪声电平略高一些的值上。比较器(3)的门限电平E3设定在输入信号的交流零电平之上。比较器(1)的门限电平E1的设定值由输入信号中第一过零点处的正向峰值与最大正向峰值间的比决定，当因为衰减使信号的最大峰值不超过E1时，第一过零点处的峰值也不能超过E2。
5.根据权利要求
1.所述的信号质量保证电路。其特点为电路亦可工作在输入信号的负向波上，此时输入信号接到三个比较器的(－)输入端。门限电平接到三个比较器的(＋)输入端。门限电平E3仍设定在输入信号的交流零电平上，E1、E2的设定原则同权利要求
4，只是其值处于输入信号交流零电平之下。
专利摘要
本实用新型提供一种准确测量超声信号穿过液体传播的传输时间的超声波测量装置，为解决接收信号所产生的停止信号的定时精度和提高抗干扰能力，本实用新型提出了有三个门限电平的信号质量保证电路，电路分别产生停止信号和鉴别标志信号，本实用新型亦可用于有类似定时要求的测量装置上。
文档编号G01F1/66GK85202782SQ85202782
公开日1986年9月3日 申请日期1985年7月5日
发明者许柯夫 申请人:水电部南京自动化研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan