[发明专利]一种基于TDC-GP30的简易超声波水表自诊断方法

说明书

本发明涉及一种基于TDC‑GP30的简易超声波水表自诊断方法，属于仪器仪表领域。所述方法包括：正常情况下超声波水表测量过程以及信号波形与幅值、脉宽比比较诊断法、电压幅值比较诊断法。本发明还提供了判断异常情况可能的类型以及相应的处理方法。本发明能自动检测出舍弃异常测量值，省时、省力、操作简单，测量精度高，并在严重异常情况下可通过远传发出告警信号，通知维修人员并及时关闭阀门，对整个超声波水表及管道的维修、维护有一定的可靠作用。

技术领域

本发明属于仪器仪表领域，涉及一种超声波水表的信号处理方式，尤其涉及一种超声波水表自诊断的方法。

背景技术

随着IC技术的迅猛发展，超声波水表作为一种非接触式的水表得到了广泛的应用，TDC-GP30是一款由ACAM公司推出的针对超声波技术的时间数字转换芯片，它能很好的完成超声波水表的流量测量及信号处理任务，精度高、稳定性好。

目前，在实际供水过程中，由于自来水公司供水面积大，管道较长，且需要途径几级加压等多种因素影响，管道中经常会混入空气或其他气体，产生气泡。另外，水管长时间使用导致的老化问题，都会影响超声波水表中超声波的传播速度和方向以及幅值衰减，影响其计量精度。但是超声波水表气泡变化快，检测有一定困难，所以，一种易操作、可行的超声波水表的自诊断方法就对于解决这类问题显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的是能够实现超声波水表自诊断，将原始超声波信号波形与问题波形对比，通过TDC-GP30芯片测量脉宽比，脉宽比大小可以反映超声波信号的好坏，进而得出管道是否老化以及管道中气泡含量等信息，通过大量实验得出，脉宽比在0.6-0.7之间为正常值，具体技术方案如下：

一种简易超声波水表自诊断的装置，包括管道、控制阀门、U型反射片、反射片支撑座、超声波换能器、超声波水表、水表内部包括电源模块、MCU控制模块、TDC-GP30芯片模块、LCD显示模块、存储模块、LPWAN远传模块以及外围分立元件集成的PCB电路。

在本发明一个较佳实施例中，在测量开始之前，MCU控制模块通过SPI的通信方式控制TDC-GP30芯片产生方波脉冲，激励超声波换能器A，此时超声波换能器A接收到方波脉冲，由于逆压电效应，产生超声波信号，通过水流传播到另一个超声波换能器B，此时超声波换能器B接收到超声波信号，由于正压电效应产生其对应的包络电信号。

在本发明一个较佳实施例中，用10个频率为1Mhz的方波脉冲激发换能器A，超声波换能器B接收到的包络电信号的正常幅值大约为368mV，频率为1Mhz，且波形理想，似纺锤体。当遇到管道老化或者有气泡时，在相同方波脉冲激发的前提下，超声波换能器B接收到的包络电信号幅值将低于368mV，频率为1Mhz。

在本发明一个较佳实施例中，接收端接收到包络信号后，首先通过阈值比较电路进行阈值比较，在TDC-GP30中阈值电压的可编程范围为-224mV-200mV，当第一个超声波包络电信号超过阈值电压后，芯片自动识别此波形为超声波信号，并进行第一波采样，同时检测电压降为0V，进行过零比较，比较输出电路将每经过阈值、零点的超声波包络信号转换成方波信号，传入TDC-GP30，作后续信息处理。

在本发明一个较佳实施例中，TDC-GP30内部将采样得到的第一波阈值比较电压脉宽PW_FH和过零比较电压脉宽PW_SH，两者相比较会得到脉宽比r：

脉宽比的大小反映超声波信号是否优质，进而得出管道中气泡数量以及管道是否老化、破损等信息。正常情况下脉宽比在0.6-0.7之间，如脉宽比不在正常范围值，则根据其脉宽比的值可以具体分析对应的现象。