[发明专利]一种单通路连续多超声信号同步计时电路及其计时方法

说明书

本发明涉及一种单路连续多电压信号同步计时电路及方法。本发明待测超声信号输入阈值比较单元和过零比较单元；阈值比较单元接收主控单元发出的阈值信号；阈值比较单元将阈值比较结果信号输送到主控单元；主控单元向精确计时单元发送停止计时使能信号；过零比较单元向精确计时单元发送停止计时信号；主控单元与向精确计时单元发送结束计时信号，精确计时单元向主控单元发送测量完成信号。本发明仅需一套阈值比较、过零比较电路就可以对单通路上的连续多个超声信号进行准确计时，电路设计简单，成本低，测量精度可得到保证；能够解决单通路内超声信号强弱不同带来的无法使用同一阈值电平触发的问题，具有较好的实际应用价值。

技术领域

本发明属于超声流量测量技术领域，涉及一种单通路连续多超声信号同步计时电路及其计时方法。

背景技术

在超声流量测量领域中，超声换能器一致性差是限制超声流量计测量精度提高的重要因素。超声流量计需要配对使用至少两个换能器，每个换能器在流量测量的顺、逆流测量中分别起到超声发射器和接收器的作用。由于两个换能器的材料特性不可能完全一致，因而对超声信号的收发特性不一致，在测量中会导致零流量下的顺、逆流时间不等，也即引起零点漂移问题，该问题在环境温度变化时尤甚。

在超声流量计中设计辅助声道信号可改善换能器一致性差的问题。如图1所示，专利号为ZL201310340437.5的中国发明专利公开了一种辅助声道式超声波流量计测量块。测量块基体12安装于流量计管壁11上，第一换能器121和第二换能器122以30°～40°的夹角粘接在测量块基体12上，测量块基体的上下表面分别粘有铜箔123。在顺流测量时，第一换能器121发射的超声波，到达测量块基体12与被测介质10的交界面后，一部分透射进入被测介质10继续传播，经管壁11反射后被第二换能器122接收，此超声信号称之为测量信号151；另一部分反射后沿测量块基体12传播，经测量块基体12及铜箔123多次反射后被第二换能器122接收，此超声信号称之为测量信号152。在逆流测量时，第二换能器122发射超声波，第一换能器121接收超声波，超声信号的传播途径刚好与前述途径相反。第一换能器121和第二换能器122的信号激励和接收由控制器14控制。根据测量信号151的顺逆流测量时间差，可以计算被测介质10的流量；根据辅助信号152的顺逆流时间差，可以获得流量测量的零点漂移量，并进一步用于流量测量值的修正。借助辅助信号，在一定程度上能够消除换能器特性参数不一致对超声波渡越时间计量的影响，保证超声波流量计长期工作时的精度和稳定性，特别适用于温度、压力变化明显，流量计零点漂移严重的测量场合。

何俊在其硕士学位论文(何俊.基于辅助声道式超声波测量块的流量计量方法研究[D].浙江大学,2016)中提出了一种基于辅助声道式超声波测量块的新型流量计量方法。在相应的硬件电路设计中，其对辅助声道信号与流场测量信号分别使用了时基窗口屏蔽和阈值过零比较两种测量方法，其中，时基窗口屏蔽方法根据声速变化动态调整辅助声道信号采样的时基屏蔽窗口，阈值过零比较方法结合阈值比较和过零比较两种判断方法对流场测量信号进行采样。时基窗口屏蔽方法相较过零阈值比较法操作复杂，通用性较差。

为了能够将阈值过零比较计时方法应用到类似于上述单通路内包含若干连续超声波信号的测量中，本发明提出一种单通路连续多超声信号同步计时电路及方法，仅需一套阈值比较、过零比较电路就可以对单通路上的连续多个电压信号进行准确计时，设计简单，成本低。

发明内容

本发明主要为实现以下目的：

(1)对包含诸如辅助声道信号之类单通路内连续多个超声信号的渡越时间进行简便、精确计量；

(2)解决经不同介质路径传播的超声测量信号强弱不同，无法使用同一阈值电平触发计时的问题；

提出一种单通路连续多超声信号同步计时电路及其计时方法。

一种单通路连续多超声信号同步计时电路的计时方法，包括以下步骤：