一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统

摘要

本发明涉及一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统。由单片机、电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器、出水端超声波换能器组成，单片机模块控制电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器和出水端超声波换能器；控制方法是：第一次时间测量用于定位了超声波信号的位置，将有超声波信号前的干扰信号全部屏蔽；第二次测量，此次能够测量精确测量测量了超声波信号的飞行时间，并求得超声波信号的时差。效果是，该电路系统利用水流方向的超声波信号传播速度更快，飞行时间更短的原理，采用分两次测量超声波飞行时间的方法，可以精确测得超声波流量计信号的时差，避免错波干扰，提高了超声波流量仪表的准确度和稳定性。

权利要求

1.一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统，由单片机、电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器、出水端超声波换能器组成，单片机模块控制电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器和出水端超声波换能器，其特征在于：该系统具体控制方法是首先进行第一次测量，由单片机模块控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽超声波发射信号的干扰，并控制电压比较模块的比较电压为高电压V1，测量超声波的飞行时间T1；再进行第二次测量，由单片机模块控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T1时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T2；然后由单片机模块控制出水端超声波换能器发射超声波、进水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T2时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T3，用T2与T3的差计算流量值。

说明书

一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种时差法超声波流量仪表电路，特别涉及一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统。

背景技术

[0002] 时差法超声波流量仪表在流量测量时，由于超声波信号在传输时受到干扰，信号幅值产生波动，可能会产生错波干扰，导致流量测量错误。当前的解决办法，大多是通过数字滤波剔除极大极小值或通过自动增益控制超声波信号幅值。前一方法会造成有效数据量减少，流量测量准确度及稳定性变差，后一方法大都采用延迟的自动增益控制电路，在有突发干扰的情况下不能准确控制增益，造成错波干扰。这两种电路方案都不能完美解决超声波流量仪表的错波干扰问题。

发明内容

[0003] 鉴于现有技术存在的不足，本发明提供了一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统。该系统采用动态电压比较，并分两次测量超声波信号时间的操作方法，能够精确测得超声波流量计信号的波形，避免错波干扰，以提高超声波流量仪表的准确度和稳定性。 [0004] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统，其特征在于：由单片机、电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器、出水端超声波换能器组成，单片机模块控制电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器和出水端超声波换能器；具体控制方法是首先进行第一次测量，由单片机模块控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽超声波发射信号的干扰，并控制电压比较模块的比较电压为高电压V1，测量超声波的飞行时间T1；再进行第二次测量，由单片机模块控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T1时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T2；然后由单片机模块控制出水端超声波换能器发射超声波、进水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T2时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T3，用T2与T3的差计算流量值。

[0005] 本发明的有益效果是，该电路系统利用水流方向的超声波信号传播速度更快，飞行时间更短的原理，采用分两次测量超声波飞行时间的方法，可以精确测得超声波流量计信号的时差，避免错波干扰，提高了超声波流量仪表的准确度和稳定性。

附图说明

[0006] 图1为本发明的系统方框图；

[0007] 图2为本发明一应用实例电路图。

具体实施方式

[0008] 下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

[0009] 如图1所示，一种防错波干扰的超声波流量仪表电路系统，由单片机、电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器、出水端超声波换能器组成，单片机控制电压比较模块、信号屏蔽模块、进水端超声波换能器和出水端超声波换能器；具体控制方法是首先进行第一次测量，由单片机控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽超声波发射信号的干扰，并控制电压比较模块的比较电压为高电压V1，测量超声波的飞行时间T1；再进行第二次测量，由单片机控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T1时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T2；然后由单片机控制出水端超声波换能器发射超声波、进水端超声波换能器接收超声波，同时设置信号屏蔽模块屏蔽T2时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为中点电压V2，测量超声波的飞行时间T3，用T2与T3的差计算流量值。

[0010] 该电路系统先用高比较电压粗略判断信号位置，再将信号之前的干扰屏蔽，用低比较电压精确测量超声波的飞行时间T2；并利用水流方向的超声波信号传播速度更快，飞行时间更短的原理，将T2之前的信号屏蔽，精确测量逆水流方向的超声波信号飞行时间T1，求得差值；这种分两次测量超声波飞行时间的方法，可以精确测得超声波流量计的时差信号，避免错波干扰，提高了超声波流量仪表的准确度和稳定性。该系统适用于超声波飞行时间差值小于一个超声波周期的时差法超声波流量测量仪表。

[0011] 图2为本发明一应用实例电路图，此电路主芯片U1（TDC-GP21）集成了信号屏蔽模块和电压比较模块；主芯片U1的5脚通过电阻R2接进水端超声波换能器，控制进水端超声波换能器发射超声波信号，主芯片U1的6脚通过电阻R3接出水端超声波换能器，控制出水端超声波换能器发射超声波信号；进水端超声波换能器通过电容C7接主芯片U1的30脚，将接收到的超声波信号送入信号屏蔽模块，出水端超声波换能器通过电容C9接主芯片U1的27脚，将接收到的超声波信号送入信号屏蔽模块；主芯片U1的内部信号屏蔽模块与电压比较模块相连接，通过8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚与单片机的IO口相连接，由单片机控制主芯片U1工作。具体工作过程为：第一次测量，由单片机通过主芯片U1控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时通过设置芯片U1电压7mV，测量超声波的飞行时间T1；再进行第二次测量，由单片机通过主芯片U1控制进水端超声波换能器发射超声波、出水端超声波换能器接收超声波，同时通过设置主芯片U1信号屏蔽模块屏蔽T1时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为0V，测量超声波的飞行时间T2；然后由单片机通过主芯片U1控制出水端超声波换能器发射超声波、进水端超声波换能器接收超声波，同时通过设置主芯片U1信号屏蔽模块屏蔽T2时间内的所有信号，并控制电压比较模块的比较电压为0V，测量超声波的飞行时间T3，用T2与T3的差计算流量值。

[0012] 第一次时间测量用于定位了超声波信号的位置，将有超声波信号前的干扰信号全部屏蔽，再进行第二次测量，此次能够测量精确测量测量了超声波信号的飞行时间，并求得超声波信号的时差，经测试，采用此方法后，不会再出现错波干扰问题。