[发明专利]一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及高精度时差测量，尤其涉及一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，该装置适用于时差式超声波流速测量领域。

背景技术

在时差式超声波流速测量系统中，需要精确测量超声波在管道中的正程与逆程的传播时间差，才能计算出流速。根据管道长度与流速测量范围的不同，传播时间差范围通常为3ns--4us，因此只有进行高精度的时间测量，才能保证流量计产品精度符合国家标准要求。目前，在超声波流速测量产品中，大多采用德国ACAM公司生产的TDC-GP2高分辨率时钟芯片进行时间计量。这种芯片由数字时差转换电路、温度测量电路、运算电路、控制电路、时钟电路、SPI接口电路、脉冲发生电路构成。显然该芯片没有集成模拟比较器，所以没有输入信号处理机制，系统需要外加信处理电路对输入信号进行处理；测量仪器的设计中，MCU控制处理单元通常集成了A/D采样转换、时钟电路、SPI接口等功能，采用时钟芯片使得MCU的功能不能充分利用；同时这种芯片价格昂贵，所占成本比例较大，在大批量生产中不利于降低成本。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置。所述技术方案如下：

一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，所述装置包括：

模拟比较器、双向鉴相电路、MCU控制处理单元及Δt/ΔU积分转换器；所述；

模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；

MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；

双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；

Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块变成数字量。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

能对超声回波信号进行处理，充分利用MCU控制处理单元内置功能，器件利用率高、易实现高精度测量、结构简单、生产成本低。

附图说明

图1是本发明电路原理结构示意图；

图2是模拟比较器电路原理示意图；

图3是双向鉴相器电路原理示意图；

图4是Δt/ΔU积分转换器电路原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

如图1所示，展示了具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置结构，包括：模拟比较器1、双向鉴相电路2、MCU控制处理单元7及Δt/ΔU积分转换器4；所述；

模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；

MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块3产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；

双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；

Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块5变成数字量。

上述MCU控制处理单元还用于对所述数字量进行计算，并由串行通信接口模块6输出。

如图2所示，为模拟比较器电路原理示意图，模拟比较电路包括电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂、电容C₀和模拟比较器U₀，模拟比较器的信号输入端由比较器U₀的同相输入端接入，同时经电阻R₀和电阻R₁组成的积分电路接入U₀的反向输入端，将输入的超声波回波信号整形为方波信号经输出端OUT输出。