[发明专利]一种低功耗超声波传输时间的测量方法及电路

说明书

本发明公开了一种低功耗超声波传输时间的测量方法及电路。传统的超声波传输时间测量方法采用硬件阈值法，功耗大，测量精度不高。本发明包括超声换能器A、超声换能器B、模拟开关单元、带通滤波单元、比较单元、驱动单元、电源控制稳压单元、时间测量单元、温度检测单元以及单片机单元。本发明的低功耗超声波传输时间的测量方法利用可变延时的滤波方法，通过对阈值的设定，准确的捕捉回波信号的到达时间，精确的计算出超声波的传输时间，通过软件和硬件电路的设计，降低整个系统的功耗，节省了装置的成本。

技术领域

本发明属于流量检测技术领域，涉及一种低功耗超声波流量的测量方法及电路。

背景技术

与其它类型的流量计比较，超声波流量计有着高精度、高重复性、低压损以及双向测量的优点。它广泛应用于环保领域、工业领域、能源运输以及日常生活中。超声波流量计是根据超声波在流体传播中的顺-逆流时差法的原理设计，流体的流速跟声速和时差有关。在不同的温度下，声速不是一个常数，它会随着温度的变化而变化，从而会引起流量测量误差，以及声阻和声波衰减的变化。时差法测量原理中，顺逆流的时差的准确测量直接影响流量计的测量精度。传统的时差测量采用硬件阈值法，即在硬件上利用比较电路设置信号阈值点，当回波信号超过阈值时，认为信号到达。如果采用低功耗设计，超声波的激励电压较小，回波信号的峰-峰值也较小。如采用传统的阈值比较电路，阈值电压需设置很低才能捕捉到回波信号。通常回波信号中掺杂了较多的干扰信号，当干扰信号的峰值达到比较器的设定值时，比较器会误判回波信号到达，从而影响了顺逆流传输时间的测量准确性。如果阈值电压设置为回波信号的第1个和第2个峰值之间，虽然会减少超声信号到达时间的误判，但随着流体的温度变化，超声波信号幅值会发生变化，超声波的传输时间也会发生变化，也会发生超声信号到达时间的误判，从而降低了传输时间的测量精度。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种低功耗超声波传输时间的测量方法及电路，来提高超声波流量测量的精度，并降低了功耗。

本发明的低功耗超声波传输时间的测量具体方法是：利用可变延时滤波的方法，当回波信号传播时，比较器不打开，直到延时等于Tyi，为了提高信噪比，Tyi是从脉冲激励信号产生开始，到靠近回波信号最大的峰值的位置的前一个峰值波谷的位置为止的时间，这时才打开门电路，把回波信号处理成脉冲信号。当收到一定数量的脉冲信号后，此时门电路关闭，这样既减少了功耗，又为下一次测量节省了时间。

基于上述方法所设计的电路包括超声换能器A、超声换能器B、模拟开关单元、带通滤波单元、比较单元、驱动单元、电源控制稳压单元、时间测量单元、温度检测单元以及单片机单元。

超声换能器A、超声换能器B安装于管道的同侧；

换能器A的输入端与模拟开关第一通道电路的源端连接；模拟开关第一通道的一个子端与驱动单元的输出端连接；模拟开关第一通道的另一个子端与带通滤波单元的输入端连接；模拟开关第一通道的使能端与单片机的I/O口连接；

换能器B的输入端与模拟开关第二通道电路的源端连接；模拟开关第二通道的一个子端与驱动单元的输出端连接；模拟开关第二通道的另一个子端与带通滤波单元的输入端连接；模拟开关第二通道的使能端与单片机的I/O口连接；

带通滤波单元的输出端与比较单元的正输入端连接；比较单元的负输入端与阈值检测信号连接；比较单元的输出端与时间检测单元的计时停止脚连接；

电源控制稳压单元的使能端与单片机的I/O口连接；电源控制稳压单元的输入端与+3V连接；电源控制稳压单元的输入端分别与带通滤波芯片、比较单元芯片的电源端连接；

驱动单元的输入端与时间检测单元的计时启动脚连接；驱动单元的输出端与时间检测单元的激励信号发射端连接；

温度检测单元的输入端跟温度传感器及参考电阻连接；温度检测的输出端与时间检测单元的温度检测端连接；