[实用新型]一种带有时间数字转换芯片的超声波甲烷浓度检测装置

说明书

一种带有时间数字转换芯片的超声波甲烷浓度检测装置属于气体检测领域；该检测装置由单片机系统定时器控制PWM为超声波发射探头提供驱动信号，输出与超声波驱动电路连接；超声波发射电路与超声波接收电路通过单个超声波传播通道气腔连接；测量电路主要由时间数字转换芯片TDC‑GP21完成，时间测量电路与单片机系统的PWM和超声波接收电路的信号处理电路相连；用于补偿功能的温度测量电路是时间数字转换芯片TDC‑GP21外围连接一个铂电阻，电阻和电容自动完成温度测量；测量电路与单片机系统通过四线制SPI接口连接。本实用新型的检测装置解决了甲烷浓度检测中测量范围小、寿命短、稳定性差，精度不高等问题，避免了超声波的回波反射干扰，电路简单，成本低。

技术领域

一种带有时间数字转换芯片的超声波甲烷浓度检测装置属于气体检测领域，具体适用于甲烷气体的浓度检测。

背景技术

在气体浓度检测方面，现有的检测装置都存在一些不足。常用的几种测量装置中，催化燃烧式装置由于催化元件的工作温度及温升很大，使得该方法的安全测量范围仅有0~4%，如果气体浓度过大催化元件会损坏，测量范围窄而且寿命短。半导体气敏式装置成本低，在半导体内添加贵金属能有效地提高元件的灵敏度和响应时间，但是其工作温度高、稳定性和一致性较差是很大的问题。红外传感器的测量装置虽然避免了催化燃烧元件的中毒现象，提高了测量精度，但结构复杂，价格昂贵。超声波气体检测近年来发展迅速，但现有的超声波检测装置一部分是检测超声波传播的相位差，这种方法由于超声波发生反射带来的回波干扰比较严重，对结果影响较大；超声波传播速度较大，以往直接测量超声波传播时间即使使用很大主频的处理器也不能达到很好的测量精度。

发明内容

为了解决甲烷浓度检测中存在的测量范围小、寿命短、稳定性差、结构复杂等问题，本实用新型的检测装置使用一对固定在气腔两端的超声波探头作为敏感元件，通过一个数字时间转换芯片测量超声波在被测气体中的传播时间，通过单片机控制时间测量的工作，并且将传播时间处理成甲烷气体浓度。检测范围宽，稳定性好，成本低，结构简单。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有时间数字转换芯片的超声波甲烷浓度检测装置，包含单片机系统（1），超声波发射电路（2），气腔（3），超声波接收电路（4），测量电路（5）；所述超声波发射电路（2）包括驱动电路（201）和超声波发射探头（202）；气腔（3）包括气腔进气口（301）和气腔出气口（302）；超声波接收电路（4）包括超声波接收探头（401）和信号处理电路（402）；测量电路（5）包含时间测量电路（501）和温度测量电路（502）；所述单片机系统（1）定时器控制PWM（101）为超声波发射探头（202）提供驱动信号，输出与超声波驱动电路（201）连接；超声波发射电路（2）与超声波接收电路（4）通过单个超声波传播通道气腔（3）连接；测量电路（5）主要由时间数字转换芯片TDC-GP21完成，时间测量电路（501）外围并联两个电阻和两个电容与单片机系统（1）的PWM（101）和超声波接收电路（4）的信号处理电路（402）相连；用于补偿功能的温度测量电路（502）是时间数字转换芯片TDC-GP21外围连接一个铂电阻和电容自动完成温度测量；测量电路（5）与单片机系统（1）通过四线制SPI接口连接。

本实用新型的有益结果是：带有时间数字转换芯片的超声波甲烷浓度检测装置可以成功检测0~100%范围的甲烷浓度值，测量甲烷浓度的误差不超过2%，测量精度符合国家标准GB16808-2008《可燃气体报警控制器》的要求。由于时间测量精度高可以将气腔做的较小，使得整个装置的体积小，检测精度高，成本低，稳定性好，寿命长。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型的总体框图。图中1.单片机最小系统，2.超声波发射电路，3.气腔，4.超声波接收电路，5.测量电路。