[发明专利]一种获取超声波测量装置中电路延迟时间的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波测量技术，尤其是涉及一种获取超声波测量装置中电路延迟 时间的方法。

背景技术

超声波测距仪、超声波流量计等是目前常用的超声波测量装置，超声波测距仪通过 发射换能器发出超声波信号并经障碍物反射后，由接收换能器接收，由超声波信号在介 质中传播的这段时间和超声波在介质中的速度可计算出超声波测距仪与障碍物之间的 距离；超声波流量计主要是通过获取管道中液体流速来计算瞬时流量，从而达到流量计 量的目的，而管道中液体流速是由超声波信号在液体中的传播时间间接计算而获得。可 见，超声波测量装置是根据超声波在相对应的物理介质中的传播时间来实现相应物理量 的测量的，然而，在超声波测量装置中往往只能获得一个从信号发出到信号接收完毕过 程中的总时间，这个总时间包括超声波信号在物理介质中的传播时间和超声波测量装置 中的电路延迟时间，由于电路延迟时间一般比超声波信号在物理介质中的传播时间小很 多，所以人们在使用超声波测距仪测距或使用超声波流量进行水计量时通常将电路延迟 时间忽略不计，将获得的总时间作为超声波信号在物理介质中的传播时间，但实际上即 使电路延迟时间很小，也是存在的，这样得到的超声波信号的传播时间必然是不精确的， 从而将直接影响各种超声波测量装置需测量的物理量的测量精确度。

以超声波流量计为例，图1给出了超声波流量计的测量电路的框图，该测量电路包 括控制器、计时器、信号发送模块、信号接收模块、切换开关、第一超声换能器和第二 超声换能器，控制器内设置有存储器，信号发送模块主要由顺序连接的脉冲信号输出电 路、信号调理电路和超声驱动电路组成，信号接收模块主要由信号接收电路组成，切换 开关具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口四个端口，控制器分别与计时器、 切换开关、脉冲信号输出电路及信号接收电路连接，超声驱动电路与切换开关的第一端 口连接，信号接收电路与切换开关的第二端口连接，第一超声换能器与切换开关的第三 端口连接，第二超声换能器与切换开关的第四端口连接。第一超声换能器和第二超声换 能器既可以发送超声波信号，又可以接收超声波信号，第一超声换能器和第二超声换能 器对超声波信号的发送或接收由切换开关来控制，但在目前的应用中，一般情况下同一 时间段内第一超声换能器和第二超声换能器处于两种不同的状态，即当第一超声换能器 处于发送状态时，第二超声换能器则应处于接收状态，此时切换开关的第一端口与第三 端口连接及第四端口与第二端口连接，当第二超声换能器处于发送状态时，第一超声换 能器则应处于接收状态，此时切换开关的第一端口与第四端口连接及第二端口与第三端 口连接；控制器用于控制切换开关的各个端口之间的连接、控制脉冲信号输出电路输出 激励脉冲信号、读取信号接收电路的输出信号并存储该输出信号至存储器及读取计时器 内的计数值并存储该计数值至存储器。假设图1所示的测量电路在某时间段内第一超声 换能器处于发送状态而第二超声换能器处于接收状态，控制器控制切换开关的第一端口 与第三端口连接、第二端口与第四端口连接，此时控制器、脉冲信号输出电路、信号调 理电路、超声驱动电路、切换开关的第一端口、切换开关的第三端口、第一超声换能器、 第二超声换能器、切换开关的第四端口、切换开关的第二端口、信号接收电路构成一个 通路，控制器控制脉冲信号输出电路输出激励脉冲信号，脉冲信号输出电路将激励脉冲 信号传输给信号调理电路，同时控制器控制计时器开始计时，信号调理电路对接收到的 脉冲信号进行滤波处理得到去噪后的脉冲信号并将去噪后的脉冲信号传输给超声驱动 电路，超声驱动电路对去噪后的脉冲信号进行放大处理并将放大后的脉冲信号通过切换 开关的第一端口和第三端口传输给第一超声换能器，第一超声换能器对放大后的脉冲信 号处理后发出超声波信号，超声波信号在物理介质中传播，第二超能换能器接收到超声 波信号并对超声波信号进行转换得到脉冲信号，但这些脉冲信号中夹杂着较多的干扰信 号，第二超声换能器将夹杂有干扰信号的脉冲信号通过切换开关的第四端口和第二端口 传输给信号接收电路，信号接收电路从夹杂有干扰信号的脉冲信号中提取出所需的脉冲 信号，控制器控制计时器计时结束，控制器从信号接收电路中读取信号接收电路提取出 的脉冲信号并将该脉冲信号存储至存储器中，控制器从计时器中读取计数值并存储至存 储器中，控制器通过对脉冲信号输出电路输出的脉冲信号与信号接收电路提取的脉冲信 号进行比较，如果两者脉冲信号相同，则表明脉冲信号输出电路输出的脉冲信号已被成 功接收，否则表明信号接收电路获取的脉冲信号并非为脉冲信号输出电路输出的脉冲信 号或者表明脉冲信号输出电路并未输出过脉冲信号。当脉冲信号输出电路输出的脉冲信 号已被成功接收时，就可得到由计时器计时开始到计时结束的总时间，该总时间包括超 声波信号在物理介质中的传播时间和超声波测量装置中的电路延迟时间。