[实用新型]带有温度测量和驱动功能的时间数字转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种时间数字转换器的改进，具体地说是一种带有温度测量和驱动功能的时间数字转换器。主要适用于超声波测量领域。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，超声波技术获得了广泛的应用。其中在超声波测距和超声波测流中都需要用高精度时间间隔测量电路对超声波传播时间间隔进行测量。这种高精度时间间隔测量电路包括高精度时间间隔测量单元、开始信号Start输入电路、结束信号Stop输入电路、时间测量结果输出电路构成，开始信号Start输入电路和结束信号Stop输入电路同时与高精度时间间隔测量单元相连接，将采集到的开始信号和结束信号输入高精度时间间隔测量单元，经高精度时间间隔测量单元处理的数据输入时间测量结果输出电路；在需要有温度测量时，如超声波热量表，还要有超声波驱动和温度补偿电路，温度补偿电路包括温度测量单元、标准电阻和感温电阻、测温逻辑控制电路、放电时间测量电路、超低失真电容器、结果寄存电路；超声波驱动电路包括频率自调整脉冲发生器单元、高速脉冲、分频器单元、频率自校准频率锁存电路、脉冲驱动电路。时间间隔测量单元负责对超声波的传播时间进行测量，根据应用场合的不同，测量的精度要求也不同，一般超声波测距要求达到微秒(10^-6秒)级，而超声波测流则要求达到皮秒级(10^-12秒)；超声波驱动电路负责驱动超声波换能器发射超声波信号，要求其能够满足对驱动频率和负载能力的要求；温度补偿电路负责测量超声波传播介质的温度，并根据温度对超声波的传播速度进行补偿，这在高精度的测量中是必须的。就目前的技术，时间间隔测量单元、超声波驱动电路和温度补偿电路是分开安装的，其缺点在于：一是由于各部分没有统一在一起，需要分别进行设计安装，因此，增加了系统的复杂性；二是各部分器件的离散性较大，因此精度上也具有较大的离散性，不利于产品大批量生产；三是产品调试校准麻烦，生产合格率低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可克服以上现有技术的不足，集时间间隔数字转换、温度测量和脉冲驱动于一体，其结构简化、集成度高、结构完整、各部件及精度离散性小、测量精度高、便于调试校准、使用方便、主要适用于超声波测量领域的带有温度测量和驱动功能的时间数字转换器。

为达到以上目的，本实用新型所采用的技术方案是：该带有温度测量和驱动功能的时间数字转换器，由高精度时间间隔测量单元、开始信号Start输入电路、结束信号Stop输入电路和时间测量结果输出电路构成，开始信号Start输入电路和结束信号Stop输入电路同时与高精度时间间隔测量单元相连接，其特征在于在高精度时间间隔测量单元的一侧连接上温度测量单元，温度测量单元为测温传感器电路充电，测温传感器电路为温度测量单元放电，温度测量单元将一个充放电时间参数输入高精度时间间隔测量单元，在高精度时间间隔测量单元的另一侧连接上高速脉冲，高速脉冲信号在输入高精度时间间隔测量单元的同时，输入频率自调整脉冲发生器单元，频率自调整脉冲发生器单元的处理信号再输入驱动脉冲。

本实用新型还通过如下措施实施：所述高精度时间间隔测量单元，包括粗计数单元电路、细计数单元电路和补偿控制电路构成，高速脉冲信号输入粗计数单元电路，补偿控制电路通过差分延迟电路连接细计数单元电路，开始信号Start输入电路和结束信号Stop输入电路同时通过时间测量逻辑控制电路同时连接粗计数单元电路和细计数单元电路；高速脉冲选择范围在2-8MHz，选用石英晶体振荡器或陶瓷谐振器；细计数单元电路为差分延迟电路计算从Start脉冲的上升沿到第一个高速脉冲的上升沿之间所通过的逻辑门的个数以及Stop脉冲到下一个高速脉冲的上升沿所经过的逻辑门的个数；差分延迟电路中的逻辑门经过特殊设计，具有较高的一致性和稳定性，为时间间隔测量提供高精度的基础，测量精度可达到皮秒级；温度和电压对门电路的传播延时时间有很大的影响，设计中是通过补偿控制电路来控制电压和校准来补偿由温度和电压引起的误差。

所述温度测量单元，由标准电阻和感温电阻、测温逻辑控制电路、放电时间测量电路、超低失真电容器和结果寄存电路构成，恒流源连接超低失真电容器，超低失真电容器同时连接标准电阻和感温电阻以及施密特非门，测温逻辑控制电路同时连接标准电阻和感温电阻、放电时间测量电路、恒流源，施密特非门连接放电时间测量电路，放电时间测量电路连接结果寄存电路。