[发明专利]一种超声波调频声速计

说明书

本申请公开了一种超声波调频声速计，包括MCU模块和电源模块，MCU模块连接有DDS模块和信号输入输出模块，DDS模块连接有功率驱动模块，功率驱动模块连接有鉴相器模块，鉴相器模块连接有信号处理模块，信号输入输出模块连接功率驱动模块和信号处理模块，电源模块为各模块供电。具有以下优点：本发明采用变频连续超声波信号测量声速，对超声波传感器的要求较低，采用低频的超声波传感器即可获得较高的测量精度；本发明相比于其他时差法或时间测量方法的声速计来说，由于避免了由于器件本身延时所带来的误差，具有精度高、易于实现、对于器件的性能参数要求宽松等优点。

技术领域

本发明是一种超声波调频声速计，属于超声波应用技术领域。

背景技术

传统的声速计多采用时差法，即通过超声波收发一段短脉冲然后记录从发送到接收到信号的时间差，这种方式的测量精度受限于计时定时器的精度、传感器的温度漂移、传感器的振动启动时间等影响，需要对测量系统进行温度补偿，在低频超声波段很难达到高精度的测量效果。

专利号为CN201510852058.3、专利名称为基于实测声速的超声波测距方法及超声波传感器的专利，其有益效果为：

1、该发明摒弃传统的用测量温度去补偿声速的方法，采用直接测量声速的方式，因此能克服在超声波测距中因受到空气温度、压力、湿度、空气质量等方面的影响，而造成的测量精度误差和不稳定性，能大大提高测量精度和抗外界环境干扰的能力。

2、该发明超声波测距的方法中，声速测量完全使用直接测量方式，且测量声速和测量待测物采用的是分时或者独立测量，因此与CN204214517U相比，具有这更高的测量精度，抗环境干扰能力和抗虚假回波的干扰能力。

上述专利采用了直接测量声速的方式，但是器件本身便会带来延时，产生误差，且直接测量方式需要超声波传感器具备较高精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种超声波调频声速计，采用变频连续超声波信号，通过测量相对相位来检测声速，避免了对高精度计时器的需求，避免了因传感器的启动延时、解调电路的延时、温度的影响造成的测量结果不准确问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种超声波调频声速计，包括MCU模块和电源模块，MCU模块连接有DDS模块和信号输入输出模块，DDS模块连接有功率驱动模块，功率驱动模块连接有鉴相器模块，鉴相器模块连接有信号处理模块，信号输入输出模块连接功率驱动模块和信号处理模块，电源模块为各模块供电；

所述MCU负责控制DDS产生变频超声波信号和接收解调信号并进行数据运算，功率驱动负责传感器T的阻抗匹配和能量输出，传感器R用于接收经过空气传播的变频超声波信号，滤波器用于针对超声波的频率范围进行滤波，鉴相器用于对本振相位和接收到的超声波相位进行解调。

进一步的，所述MCU模块包括芯片U11，芯片U11的型号为STM32微处理器，芯片U11的 1脚连接有电容C26一端，电容C26另一端接地，芯片U11的7脚连接有电容C28一端和电阻R33一端，电容C28另一端接地，电阻R33另一端接+3.3V，芯片U11的19脚连接有电容C38一端，电容C38另一端接地，芯片U11的13脚连接有电容C29一端，电容C29另一端接地，芯片U11的30脚连接有电容C52一端，电容C52另一端接地，芯片U11的32脚连接有电容C53一端，电容C53另一端接地，芯片U11的48脚连接有电容C36一端，电容C36另一端接地，芯片U11的64脚连接有电容C27一端，电容C27另一端接地，芯片U11的60脚连接有电阻R32一端，电阻R32另一端接地。