CN102645554A - 一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，所述装置包括：模拟比较器、双向鉴相电路、MCU控制处理单元及Δt/ΔU积分转换器；所述；模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块变成数字量。本发明由于使用了模拟比较器，所以能直接对超声信号进行处理，无需外加独立信号调理电路；由于采用了标准时间信号作为鉴相基准，所以能对超声信号的正程和逆程传播时间进行双向鉴相，并使A/D转换电路精度得到充分利用，使得测量精度相对非双向方案提高一倍。
Description
技术领域
本发明涉及高精度时差测量，尤其涉及一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，该装置适用于时差式超声波流速测量领域。
背景技术
在时差式超声波流速测量系统中，需要精确测量超声波在管道中的正程与逆程的传播时间差，才能计算出流速。根据管道长度与流速测量范围的不同，传播时间差范围通常为3ns--4us，因此只有进行高精度的时间测量，才能保证流量计产品精度符合国家标准要求。目前，在超声波流速测量产品中，大多采用德国ACAM公司生产的TDC-GP2高分辨率时钟芯片进行时间计量。这种芯片由数字时差转换电路、温度测量电路、运算电路、控制电路、时钟电路、SPI接口电路、脉冲发生电路构成。显然该芯片没有集成模拟比较器，所以没有输入信号处理机制，系统需要外加信处理电路对输入信号进行处理；测量仪器的设计中，MCU控制处理单元通常集成了A/D采样转换、时钟电路、SPI接口等功能，采用时钟芯片使得MCU的功能不能充分利用；同时这种芯片价格昂贵，所占成本比例较大，在大批量生产中不利于降低成本。
发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置。所述技术方案如下：
一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，所述装置包括：
模拟比较器、双向鉴相电路、MCU控制处理单元及Δt/ΔU积分转换器；所述；
模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；
MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；
双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；
Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块变成数字量。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
能对超声回波信号进行处理，充分利用MCU控制处理单元内置功能，器件利用率高、易实现高精度测量、结构简单、生产成本低。
附图说明
图1是本发明电路原理结构示意图；
图2是模拟比较器电路原理示意图；
图3是双向鉴相器电路原理示意图；
图4是Δt/ΔU积分转换器电路原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：
如图1所示，展示了具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置结构，包括：模拟比较器1、双向鉴相电路2、MCU控制处理单元7及Δt/ΔU积分转换器4；所述；
模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；
MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块3产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；
双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；
Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块5变成数字量。
上述MCU控制处理单元还用于对所述数字量进行计算，并由串行通信接口模块6输出。
如图2所示，为模拟比较器电路原理示意图，模拟比较电路包括电阻R0、电阻R1、电阻R2、电容C0和模拟比较器U0，模拟比较器的信号输入端由比较器U0的同相输入端接入，同时经电阻R0和电阻R1组成的积分电路接入U0的反向输入端，将输入的超声波回波信号整形为方波信号经输出端OUT输出。
如图3所示，为双向鉴相器电路原理示意图，双向鉴相器包括D锁存器U1、D锁存器U2、与门U3或非门U4，经所述模拟比较器整形后的方波信号signal-plus输入D锁存器U1的CLK端，标准延时信号模块中的标准延时信号输入D锁存器U2的R～端和与非门U3的输入端，所述与非门U3的输出端接入MCU控制处理单元，或非门U4输出端接Δt/ΔU积分转换器的高速开关S1、S2的控制电路。ECHO与DELAY端接入的信号的相位先后状态由与非门U3的输出端Sign-bit端口接入MCU控制处理单元作为正反向识别标志，时间差由或非门U4输出端Time-Period至Δt/ΔU积分转换电路。
如图4所示，Δt/ΔU积分转换器包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、高速开关S0，S1，S2和运算放大器U5，所述运算放大器U5的同相输入端连接参考电压，输出端连接A/D转换模块。参考电压接入运算放大器的同相输入端，高速开关S0，S1，S2受MCU控制处理单元控制和时差信号Time-Period控制，实现对电容C1进行放电和充电，并通过选取不同的电阻R4、电阻R5值，实现不同的积分电流，从而实现大小量程的切换。积分电压输出至MCU控制处理单元中的A/D转换模块，进行A/D转换，并通过MCU控制处理单元将A/D转换得到的数据量与双向鉴相电路输出的符号进行运算，得到时间差的具体大小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述装置包括：模拟比较器、双向鉴相电路、MCU控制处理单元及Δt/ΔU积分转换器；所述；
模拟比较器，用于将输入的超声波回波信号整形为方波信号，并将所述信号接入所述双向鉴相电路输送到MCU控制处理单元；
MCU控制处理单元；通过设置的标准时间信号产生模块产生标准延迟信号，并将所述标准延迟信号作为鉴相基准接入双向鉴相电路；
双向鉴相电路；将所述方波信号与所述标准标准延时信号进行相位判断，得到时间段信号；
Δt/ΔU积分转换器；将时间段信号转换为电压信号，并将所述电压信号通过MCU控制处理单元中的A/D转换模块变成数字量。
2.根据权利要求1所述的具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述MCU控制处理单元还用于对所述数字量进行计算，并由串行通信接口模块输出。
3.根据权利要求1所述的具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述双向鉴相电路与所述MCU控制处理单元中的标准延迟信号生成模块相连；所述Δt/ΔU积分转换器与所述MCU控制处理单元中的A/D转换模块相连。
4.根据权利要求1所述的具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述模拟比较器包括电阻R0、电阻R1、电阻R2、电容C0和模拟比较器U0，模拟比较器的信号输入端由比较器U0的同相输入端接入，同时经电阻R0和电阻R1组成的积分电路接入U0的反向输入端，将输入的超声波回波信号整形为方波信号经输出端OUT输出。
5.根据权利要求1所述的具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述双向鉴相电路包括：D锁存器U1、D锁存器U2、与门U3或非门U4，经所述模拟比较器整形后的方波信号signal-plus输入D锁存器U1的CLK端，标准延时信号模块中的标准延时信号输入D锁存器U2的R～端和与门U3的输入端，所述与门U3的输出端接入MCU控制处理单元，或非门U4输出端接Δt/ΔU积分转换器的高速开关S1、S2的控制电路。
6.根据权利要求1所述的具有双向识别功能的高精度时差捕捉与测量装置，其特征在于，所述Δt/ΔU积分转换电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、高速开关S0，S1，S2和运算放大器U5，所述运算放大器U5的同相输入端连接参考电压，输出端连接A/D转换模块。
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| CN1737579A (zh) * | 2005-04-01 | 2006-02-22 | 辽宁工程技术大学 | 两相流流速多传感器实时测量仪及测试方法 |
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