[发明专利]一种超声波信号传播时间的双阈值检测电路及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波信号传播时间的双阈值检测电路及检测方法，属于流量计量仪表领域。

背景技术

超声波流量计是利用流体流动对超声波信号调制，通过检测信号的传播时间来获得体积流量的一种计量仪表。超声波流量计具有结构简单，响应速度快，测量范围大，稳定性好，精度高等特点。此外超声波流量计还是一种非接触测量方法，对测量管路不会产生压力损失，对测量介质没有要求，可测量各种气体和液体介质的流速。

在一个测量超声波传播时间过程中，当激励线路开始产生激励脉冲时给高精度时间测量单元使能信号开始计时，将接收端接收到超声波信号经过检测处理后，判断接收时刻并产生停止计时使能信号，高精度时间测量单元停止计时。超声波信号的质量决定了超声波流量计的流量测量精度，超声换能器的动态参数会随着温度变化而发生变化，经相同的激励脉冲激励后所产生的超声波经流体传播到接收端后，其幅值会发生变化；超声波在流体传播中受流体温度和粘度影响，接收到的超声波信号幅值也会发生变化。那么如何在接收信号中选择合适的判定点作为停止计时点，这是决定测量精度的关键技术之一。

目前传播时间法测量采用单一阈值和超声波信号进行比较，产生脉冲上升沿作为停止计时使能，这种方法对于理想型或者微小幅值变化超声波信号可行，而针对超声波信号因温度或其他原因超声信号幅值变化大情况，则单一阈值处理方法的适应性不强，测量精度不高。当超声波信号幅值出现变化大时，经单一阈值检测处理的超声波传播时间有明显的增大或者减小，导致流量测量精度降低。超声换能器的动态参数会随着温度变化而发生变化，经相同的激励脉冲激励后所产生的超声波经流体传播到接收端后，其幅值会发生变化；超声波在流体传播中受流体温度和粘度影响，接收到的超声波信号幅值也会发生变化。对超声波信号进行单一阈值比较时，存在超声波信号变化导致超声波传播时间停止计时使能产生变化，影响测量准确性。

发明内容

针对接收到的超声波信号变化的情况，本发明提出了一种超声波信号双阈值检测处理方法。通过对接收到的超声波信号进行双阈值检测及双外部控制信号逻辑锁存控制，产生一个或多个脉冲，以脉冲上升沿作为超声波传播时间停止计时使能，能够提高测量的准确性。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种超声波信号传播时间的双阈值检测电路，包括第一比较器、第二比较器、第一或非门、与门、非门和第二或非门；

第一比较器的正输入端接入被测超声波信号，负输入端接入第一阈值信号，输出端连接与门的一个输入端，反向输出端连接与第一或非门的一个输入端，锁存端连接第一或非门的输出端；

第二比较器的负输入端接入被测超声波信号，正输入端接入第二阈值信号，输出端连接与门的另一个输入端，反向输出端悬空，锁存端连接与第二或非门的输出端；

第一或非门的一个输入端连接第一比较器的反向输出端，另一个输入端连接第一外部控制信号，输出端连接第一比较器的锁存端；

与门的一个输入端连接第一比较器的输出端，另一个输入端连接第二比较器的输出端，输出端输出Stop信号，Stop信号的上升沿作为对被测超声波信号传播时间计时的终止点，输出端还连接非门的输入端；

非门的输入端连接与门的输出端，输出端连接第二或非门的一个输入端；

第二或非门的一个输入端连接非门的输出端，另一个输入端连接第二外部控制信号，输出端连接第二比较器的锁存端；

第一阈值信号为0.2～0.5V；

第二阈值信号为0～20mV；

第一外部控制信号在发射脉冲发射80～100μs后翻转为低电平；

第二外部控制信号在发射脉冲发射80～100μs后翻转为低电平或高电平。

优选的，第二外部控制信号(Latch2)在发射脉冲发射80～100μs后翻转为低电平，Stop信号翻转为高电平后，保持高电平。

优选的，第二外部控制信号在发射脉冲发射80～100μs后翻转为高电平，Stop信号翻转为高电平，并随第二比较器输出翻转而翻转，形成n个脉冲信号。

提供一种超声波信号传播时间的双阈值检测电路，包括第一比较器、第二比较器、第一或非门、与门；

第一比较器的正输入端接入被测超声波信号，负输入端接入第一阈值信号，输出端连接与门的一个输入端，反向输出端连接与第一或非门的一个输入端，锁存端连接第一或非门的输出端；

第二比较器的负输入端接入被测超声波信号，正输入端接入第二阈值信号，输出端连接与门的另一个输入端，反向输出端悬空，锁存端接地；