CN110168319A - 飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法 - Google Patents

飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110168319A
CN110168319A CN201980000508.2A CN201980000508A CN110168319A CN 110168319 A CN110168319 A CN 110168319A CN 201980000508 A CN201980000508 A CN 201980000508A CN 110168319 A CN110168319 A CN 110168319A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
transducer
cross
flight time
receiver
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980000508.2A
Other languages
English (en)
Inventor
黃彦颖
张鎔谕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Goodix Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Huiding Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Huiding Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Huiding Technology Co Ltd
Publication of CN110168319A publication Critical patent/CN110168319A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/02—Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems using infrasonic, sonic or ultrasonic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound

Abstract

飞行时间产生电路(100)耦接至第一换能器(102)和第二换能器(104)，所述第一换能器和所述第二换能器设置于充斥流体的管路(120)中。所述飞行时间产生电路包括第一发射器(106)与第一接收器(108)、第二发射器(110)与第二接收器(112)、信号产生电路(114)、互相关电路(116)与处理电路(118)。所述信号产生电路在不同环境因素下分别产生第一信号与第二信号，并分别由所述第二接收器及所述第一接收器接收来产生第一接收信号(RS1)与第二接收信号(RS2)所述互相关电路执行互相关操作产生第一互相关信号(CS1)。所述处理电路至少依据所述第一互相关信号(118)产生飞行时间(TOF)的变化。

Description

飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法
技术领域
本申请涉及一种飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法。
背景技术
超声波流量计(ultrasonic flow meter)为常用的一种流量计，流量计广泛地应用在侦测流体的流速，相较于其他类的流量计，超声波流量计在压力损耗、最低可侦测流量及安装成本等方面，都占有较大的优势，但由于运算复杂导致准确度仍有待提升，需要进一步改良及创新。
发明内容
本申请的目的之一在于公开一种飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法，来解决上述问题。
本申请的一实施例公开了一种飞行时间(time of flight)产生电路，耦接至第一换能器和第二换能器，其中所述第一换能器和所述第二换能器之间具有大于零的距离，且所述第一换能器和所述第二换能器设置于充斥流体的管路中。所述飞行时间产生电路包括耦接于所述第一换能器的第一发射器以及第一接收器、耦接于所述第二换能器的第二发射器以及第二接收器、信号产生电路互相关电路以及处理电路。所述信号产生电路用于在第一环境因素下，产生第一信号从所述第一发射器通过所述第一换能器发射第一换能器信号，所述第一换能器信号被所述第二换能器接收，并通过所述第二接收器产生第一接收信号至所述信号产生电路，以及在第二环境因素下，产生第二信号从所述第一发射器通过第一换能器发射第二换能器信号，所述第二换能器信号被所述第二换能器接收，并通过所述第二接收器产生第二接收信号至所述信号产生电路。所述互相关电路用于对所述第一接收信号以及第二接收信号执行互相关操作来产生第一互相关信号。所述处理电路用于至少依据所述第一互相关信号产生信号于所述第一换能器以及所述第二换能器之间的飞行时间的变化。
本申请的一实施例公开了一种芯片，包括所述飞行时间产生电路。
本申请的一实施例公开了一种流量计，包括所述飞行时间产生电路；所述第一换能器；以及所述第二换能器；其中所述飞行时间产生电路耦接至所述第一换能器和所述第二换能器。
本申请的一实施例公开了一种飞行时间产生方法用于控制第一发射器、第一接收器、第二发射器以及第二接收器，所述第一发射器和所述第一接收器耦接至第一换能器，所述第二发射器和所述第二接收器耦接至第二换能器，其中所述第一换能器和所述第二换能器之间具有大于零的距离，且所述第一换能器和所述第二换能器设置于充斥流体的管路中。所述方法包括:在第一环境因素下，产生第一信号从所述第一发射器通过，使得所述第一换能器发射第一换能器信号；在所述第一换能器信号被所述第二换能器接收后，通过所述第二接收器产生第一接收信号；在第二环境因素下，产生第二信号从所述第一发射器通过，使得第一换能器发射第二换能器信号；在所述第二换能器信号被所述第二换能器接收后，并通过所述第二接收器产生第二接收信号；对所述第一接收信号以及第二接收信号执行互相关操作来产生第一互相关信号；及至少依据所述第一互相关信号产生信号于所述第一换能器以及所述第二换能器之间的飞行时间的变化。
附图说明
图1是依据本申请一实施例之飞行时间产生电路的示意图。
图2是依据本申请一实施例之摆放第一换能器与第二换能器的示意图。
图3是依据本申请一实施例之在第一环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图4是依据本申请一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图5是依据本申请另一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图6是依据本申请另一实施例之在第一环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图7是依据本申请另一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图8是依据本申请另一实施例之在第一环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图9是依据本申请另一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路操作的示意图。
图10是依据本申请一实施例之飞行时间产生方法的流程图。
图11是依据本申请另一实施例之飞行时间产生方法的流程图。
具体实施方式
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
再者，在此处使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「下方」、「低于」、「之上」、「上方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。可能将所述设备放置于其他方位(如，旋转90度或处于其他方位)，而这些空间上相对的描述词汇就应该做相应的解释。
虽然用以界定本申请较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值，此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而，任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处，「约」通常系指实际数值在一特定数值或范围的正负10％、5％、1％或0.5％之内。或者是，「约」一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内，视本申请所属技术领域中具有通常知识者的考虑而定。当可理解，除了实验例之外，或除非另有明确的说明，此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过「约」的修饰。因此，除非另有相反的说明，本说明书与附随申请专利范围所揭示的数值参数皆为约略的数值，且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。在此处，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间；除非另有说明，此处所述的数值范围皆包括端点。
在计算流量时，判断侦测到的数据是否合理，进而判断是否需要对系统进行校正是一个重要的议题，在某些实施例中，可利用声速来作为判断的依据，举例来说，可依据温度传感器量测到的温度值套用到理论声速，并与依据实际量测结果推估出的当下声速作比较，可以监控系统中的超声波流量计及温度传感器是否正常运作。
在目前存在的许多透过超声波传输时间来实现的量测系统中，透过上游和下游两方向的讯号分析以及运算来得到信号飞行时间的变化的信息，然而此方式会有许多的缺点，通常放置在想要进行量测的环境中的两个换能器，并非完美，通常会有一定程度的偏差，然而此偏差会导致上游信号以及下游信号之间具有延迟，除了延迟外，由于两个方向转移函数的不同，甚至会有上游信号与下游信号的波形差异很大的情况发生。
然而一旦有上游信号或下游信号波形具有差异的情况发生后，对于互相关的运算会变得非常的复杂，而目前存在的量测系统都会产生很大的误差量，所以通常采用互相关运算需要就两个换能器的偏差做处理，以期让上游信号与下游信号的波形几乎完全一致，此方式包含调整驱动换能器的频率或是采用声电转换或电声转换的阻抗匹配的技术手段。
本申请提出一与过去不同的方式，此方式透过在上游方向及下游方向先建立参考信号来消除换能器的偏差，并且由于参考信号的建立，本申请可以透过长时间的平均得到一完美的参考信号，使得躁声以及环境的变化的影响可以大幅被降低，提高最终量测的分辨率。
本申请提供了一种飞行时间产生电路100用以计算信号飞行时间以及当下流体的流速，本申请还提供了一种芯片，其包括飞行时间产生电路100。在某些实施例中，飞行时间产生电路100可应用于传感器装置,举例来说，本申请还提供了一种流量计，其包括飞行时间产生电路100以及第一换能器102与第二换能器104。举例来说，上述流量计可用于感测气体、液体的流速及/或流量的感测，但本申请不以此为限。
图1为本申请飞行时间产生电路100应用于流量计的实施例的示意图。飞行时间产生电路100耦接至第一换能器102和第二换能器104。换能器是将一种形式的能量转化成另一种形式的器件。这些能量形式可能包括电能、机械能、电磁能、光能、化学能、声能和热能等，本申请并不多做限制，换能器可包括任何能够转化能量的器件。
第一换能器102和第二换能器104安装于充斥流体(例如液体或是气体)的管路120中，且第一换能器102的发射方向面对第二换能器104；第二换能器104的发射方向面对第一换能器102。第一换能器102和第二换能器104之间的距离为L，且L大于零。
飞行时间产生电路100包括第一发射器106和第一接收器108皆耦接至第一换能器102，第二发射器110和第二接收器112皆耦接至第二换能器104。飞行时间产生电路100另包括信号产生电路114、互相关(correlation)电路116以及处理电路118，用于通过信号处理方式产生信号在流体中的飞行时间，并进一步预估流体的流速。详细来说，互相关电路116用以对信号进行互相关操作，而处理电路118用以依据执行完互相关操作的信号来计算信号于流体中的飞行时间以及流体的流速。在某实施例中，处理电路118可另外用以根据流体的流速计算流体的流量。
需注意的是，第一换能器102以及第二换能器104在管路116中的摆放方式以及位置并不限定如图1所示。图2为本申请于管路116中摆放第一换能器102与第二换能器104的实施例的示意图。在图2的实施例中，反射板202与204摆放于管路116中，用于反射透过第一换能器102所发射的信号至第二换能器104以及反射透过第二换能器104所发射的信号至第一换能器102。在此实施例中，第一换能器102与第二换能器104之间的距离L应视为信号所行经距离，换句话说，距离L应为从第一换能器102出发，途经反射板202与204至第二换能器104的距离。为了图式简洁，后续图示将以图1所呈现方式绘制第一换能器102与第二换能器104的位置。
图3是依据本申请一实施例之在第一环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。在此实施例中，所述第一环境因素是指流体具有第一速度V1。在某些实施例中，第一速度V1为零，换句话说，流体为静止。信号产生电路114产生第一信号S1并从第一发射器106通过第一换能器102发射第一换能器信号TS1，第一换能器信号TS1被第二换能器104接收，并通过第二接收器112产生第一接收信号RS1至信号产生电路114。
接续图3的实施例，图4是依据本申请一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。在此实施例中，所述第二环境因素是指流体具有第二速度V2。信号产生电路114另外产生第二信号S2并从第一发射器106透过第一换能器102发射第二换能器信号TS2，第二换能器信号TS2被第二换能器104接收，并通过第二接收器112产生第二接收信号RS2至信号产生电路114。接着，信号产生电路114将第一接收信号RS1与第二接收信号RS2传送至互相关电路116。互相关电路116对第一接收信号RS1与第二接收信号RS2在时域(time domain)下进行互相关操作以产生第一互相关信号CS1，习知技艺人士应能理解在时域下对第一接收信号RS1与第二接收信号RS2执行互相关操作时，即是在时间轴上寻求两讯号有最大值的位子，但因时间轴分辨率并非无穷大，所以通常会找数个数值透过内插来求出最大值的时间值，此即飞行时间的数值。。需注意的是，本申请并不限定在时域下进行互相关操作，在其他实施例中，互相关电路116可以先对第一接收信号RS1与第二接收信号RS2执行快速傅利叶转换(fast Fourier transform)以分别产生在频域下的第一转换信号以及第二转换信号，并且对第一转换信号以及第二转换信号执行互相关操作来得到第一互相关信号CS1。习知技艺人士应能理解在频域下对第一转换信号与第二转换信号执行互相关操作可表示为H*(f)·H(f)·G(f)，其中G为第一转换信号与第二转换信号的其中之一，而H为第一转换信号与第二转换信号的另一，*代表取共轭复数，所得到的结果为相位响应，因此再从相位响应的结果寻找斜率値即可得到飞行时间的数值。
接续图4的实施例，图5是依据本申请另一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。在此实施例中，信号产生电路114另外将第一信号S1与第二信号S2传送至互相关电路116。互相关电路116另外对第一信号S1与第二信号S2进行互相关操作以产生第二互相关信号CS2。接着，处理电路118依据第一互相关信号CS1与第二互相关信号CS2产生飞行时间TOF。可选地，处理电路118可另外依据飞行时间TOF计算所述流体的流量。
详细说明如下，在第一环境因素下，假设图3实施例中第一换能器信号TS1实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF1，其中飞行时间TOF1可另外表示为
TOF1＝L/C，
L为第一换能器信号TS1所行经路径距离而C为信号传送速度并假设流体速度V1为零，而第一发射器106的制程偏移对参数为ε1且第二接收器112的制程偏移对参数为ε2，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF1,generate＝ε1+ε2+TOF1；
在第二环境因素下，假设图4实施例中第一换能器信号TS2实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF2，其中飞行时间TOF2可另外表示为
TOF2＝L/(C+V2)，
L为第二换能器信号TS2所行经路径距离而C为信号传送速度、V2为流体的流速，而第一发射器106的制程偏移对参数为ε1且第二接收器112的制程偏移对参数为ε2，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF2,generate＝ε1+ε2+TOF2，
因此可得:
TOF2,generate-TOF1,generate＝TOF2-TOF1＝[L/(C+V2)]-L/C，
在处理电路118所产生的飞行时间TOF2,generate与TOF1,generate、距离L以及信号传送速度C为可知的情况下，可轻易获得流体的流速V2，并且消除了第一发射器106与第二接收器112的制程偏移对参数的影响，提高量测的准确度。在本实施例中，第一换能信号TS1与第二换能信号TS2为声波信号，因此信号传送速度C为声速。
接续图3的实施例，图6是依据本申请另一实施例之在第一环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。在此实施例中，信号产生电路114另外产生第三信号S3并从第二发射器110通过第二换能器104发射第三换能器信号TS3，第三换能器信号TS3被第一换能器102接收，并通过第一接收器108产生第三接收信号RS3至信号产生电路114。需注意的是，本申请并不限定产生第一信号S1和第三信号S3的时间顺序，换句话说，在图6的实施例中，信号产生电路114可以先产生第一信号S1，从第一发射器106通过第一换能器102发射第一换能器信号TS1，第一换能器信号TS1被第二换能器104接收，并通过第二接收器112产生第一接收信号RS1至信号产生电路114，接着，信号产生电路114可以产生第三信号S3，从第二发射器110通过第二换能器104发射第三换能器信号TS3，第三换能器信号TS3被第一换能器102接收，并通过第一接收器106产生第三接收信号RS3至信号产生电路114；或者，信号产生电路114可以先产生第三信号S3，从第二发射器110通过第二换能器104发射第三换能器信号TS3，第三换能器信号TS3被第一换能器102接收，并通过第一接收器106产生第三接收信号RS3至信号产生电路114，接着，信号产生电路114产生第一信号S1，从第一发射器106通过第一换能器102发射第一换能器信号TS1，第一换能器信号TS1被第二换能器104接收，并通过第二接收器112产生第一接收信号RS1至信号产生电路114；又或者，信号产生电路114同时产生第一信号S1与第三信号S3，并分别透过第一发射器106与第二发射器110发射，途经第一换能器102与第二换能器104分别传送至第二接收器112与第一接收器108。(描述於圖7的實施例)
接续图6的实施例，图7是依据本申请另一实施例之在第二环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。在此实施例中，信号产生电路114产生第二信号S2并从第一发射器106通过第一换能器102发射第二换能器信号TS2，第二换能器信号TS2被第二换能器104接收，并通过第二接收器112产生第二接收信号RS2至信号产生电路114。另外，信号产生电路114产生第四信号S4并从第二发射器110通过第二换能器104发射第四换能器信号TS4，第四换能器信号TS4被第一换能器102接收，并通过第一接收器108产生第四接收信号RS4至信号产生电路114。同样地，本申请并不限定产生第二信号S2与第四信号S4的时间顺序。
接着，信号产生电路114将第一接收信号RS1、第二接收信号RS2、第三接收信号RS3、第四接收信号RS4传送至互相关电路116，互相关电路116在时域下对第一接收信号RS1与第二接收信号RS2执行互相关操作以产生第一互相关信号CS1，并且在时域下对第三接收信号RS3与第四接收信号RS4执行互相关操作以产生第二互相关信号CS2。处理电路118依据第一互相关信号CS1与第二互相关信号CS2计算飞行时间TOF。同样地，互相关电路116可先对第一接收信号RS1、第二接收信号RS2、第三接收信号RS3与第四接收信号RS4执行快速傅利叶转换以分别得到第一转换信号、第二转换信号、第三转换信号与第四转换信号，并且对所述第一转换信号与第二转换信号执行互相关操作以及对第三转换信号与第四转换信号执行互相关操作来分别得到第一互相关信号与第二互相关信号。可选地，处理电路118可另外依据飞行时间TOF计算所述流体的流量。
需注意的是，信号产生电路114另包括存取装置(未示于图中)，用于储存第一接收信号RS1、第二接收信号RS2、第三接收信号RS3与第四接收信号RS4。在某些实施例中，所述存取装置可独立于信号产生电路114设置。另外，本申请并不限定仅产生一次第一接收信号RS1与第三接收信号RS3。在其他实施例中，当在第一环境因素下时，信号产生电路114可产生多个第一接收信号RS1与多个第三接收信号RS3，并储存于所述存取装置中，接着，信号产生电路114对多个第一接收信号RS1进行等效平均并且同样地对多个第三接收信号RS3进行等效平均，如此一来，将可有效的消除系统的噪声。
详细说明如下，在第一环境因素下，假设图6实施例中，第一换能信号TS1的实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF1，其中飞行时间TOF1可另外表示为
TOF1＝L/C，
L为第一换能器信号TS1所行经路径距离而C为信号传送速度并假设流体速度V1为零，而第一发射器106的制程偏移对参数为ε1且第二接收器112的制程偏移对参数为ε2，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF1,generate＝ε1+ε2+TOF1；
另外，第三换能信号TS3的实际飞行时间(自第二换能器104至第一换能器102)为TOF3，其中飞行时间TOF3同样可表示为TOF3＝L/C，而第二发射器110的制程偏移对参数为ε3且第一接收器108的制程偏移对参数为ε4，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF3,generate＝ε3+ε4+TOF3。
接着，在第二环境因素下，假设图7实施例中第二换能信号TS2的实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF2，而第一发射器106的制程偏移对参数为ε1且第二接收器112的制程偏移对参数为ε2，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF2,generate＝ε1+ε2+TOF2，
其中飞行时间TOF2可另外表示为
TOF2＝L/(C+V2)，
L为第二换能器信号TS2所行经路径距离而C为信号传送速度、V2为流体的流速；另外，第四换能信号TS4的实际飞行时间(自第二换能器104至第一换能器102)为TOF4，其中飞行时间TOF4同样可表示为
TOF4＝L/(C-V2)，
而第二发射器110的制程偏移对参数为ε3且第一接收器108的制程偏移对参数为ε4，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF4,generate＝ε3+ε4+TOF4。
因此可得:
TOF2,generate-TOF1,generate＝TOF2-TOF1＝[L/(C+V2)]-L/C，
TOF4,generate-TOF3,generate＝TOF4-TOF3＝[L/(C-V2)]-L/C。
在处理电路118所产生的飞行时间TOF1,generate、TOF2,generate、TOF3,generate与TOF4,generate、距离L以及信号传送速度C为可知的情况下，可轻易获得流体的流速V2，并且消除了第一发射器106、第一接收器108、第二发射器110与第二接收器112的制程偏移对参数的影响，提高量测的准确度。在本实施例中，第一换能信号TS1、第二换能信号TS2、第三换能信号TS3、第二换能信号TS4为声波信号，因此信号传送速度C为声速。
需注意的是，在上述实施例中，第一环境因素与第二环境因素分别代表流体具有不同流速(如V1与V2，其中V1为0)，然而，此并非本申请的一限制，在其他的实施例中，第一环境因素与第二环境因素可以分别代表不同环境温度。图8与图9是依据本申请一实施例之在第一环境因素以及第二环境因素下飞行时间产生电路100操作的示意图。图8的实施例与图6的实施例相似，差异仅在图8的实施例中，此时管路120的环境温度为T1，另外图9的实施例与图7的实施例相似，差异仅在图8的实施例中，此时管路120的环境温度为T2。
详细说明如下，在第一环境因素下，假设图8实施例中，第一换能信号TS1的实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF1，其中飞行时间TOF1可另外表示为
TOF1＝L/C1，
L为第一换能器信号TS1所行经路径距离而C为信号在环境温度为T1时的传送速度，并假设流体速度V1为零，而第一发射器106在环境温度为T1时的制程偏移对参数为ε1且第二接收器112在环境温度为T1时的制程偏移对参数为ε2，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF1,generate＝ε1+ε2+TOF1；
另外，第三换能信号TS3的实际飞行时间(自第二换能器104至第一换能器102)为TOF3，其中飞行时间TOF3同样可表示为
TOF3＝L/C1，
而第二发射器110在环境温度为T1时的制程偏移对参数为ε3且第一接收器108在环境温度为T1时的制程偏移对参数为ε4，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF3,generate＝ε3+ε4+TOF3。
接着，在第二环境因素下，假设图9实施例中第二换能信号TS2的实际飞行时间(自第一换能器102至第二换能器104)为TOF2，其中飞行时间TOF2可另外表示为
TOF2＝L/(C2+V2)，
C2为信号在环境温度为T2时的传送速度，第一发射器106在环境温度为T2时的制程偏移对参数为ε1'且第二接收器112在环境温度为T2时的制程偏移对参数为ε2'，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF2,generate＝ε1'+ε2'+TOF2；
另外，第四换能信号TS4的实际飞行时间(自第二换能器104至第一换能器102)为TOF4，其中飞行时间TOF4同样可表示为
TOF4＝L/(C2-V2)，
而第二发射器110的制程偏移对参数为ε3'且第一接收器108的制程偏移对参数为ε4'，因此处理电路118所测得的飞行时间将为
TOF4,generate＝ε3'+ε4'+TOF4
因此可得:
TOF2,generate-TOF1,generate＝TOF2-TOF1+Δε1，2＝[L/(C2+V2)]-L/C1，
TOF4,generate-TOF3,generate＝TOF4-TOF3+Δε3，4＝[L/(C2-V2)]-L/C1。
在处理电路118所产生的飞行时间TOF1,generate、TOF2,generate、TOF3,generate与TOF4,generate、距离L以及信号传送速度C2为可知的情况下，虽然依然存在些许制程偏移参数Δε1，2和Δε3，4，但Δε1，2和Δε3，4皆是相减后所得到的结果，因此所获得流体的流速V2的误差值可比未采用本申请来的小，藉以提高量测的准确度。在本实施例中，第一换能信号TS1、第二换能信号TS2、第三换能信号TS3、第二换能信号TS4为声波信号，因此信号传送速度C为声速。
图10是依据本申请一实施例之飞行时间产生方法1000的流程图。倘若大体上能得到相同的结果，本申请并不限定完全依照图10所示的方法步骤执行。方法1000归纳如下:
步骤1002:在第一环境因素下，产生第一信号并通过第二接收器产生第一接收信号。
步骤1004:在第二环境因素下，产生第二信号并通过于第二接收器产生第二接收信号。
步骤1006:对第一接收信号与第二接收信号执行互相关操作以产生第一互相关信号。
步骤1008:对第一信号与第二信号执行互相关操作以产生第二互相关信号。
步骤1010:依据第一互相关信号与第二互相关信号产生信号飞行时间的变化。
熟悉本领域的技术人员在阅读完图3、图4与图5的实施例之后应能轻易理解飞行时间产生方法1000的步骤，详细说明在此省略以省篇幅。
图11是依据本申请另一实施例之飞行时间产生方法1100的流程图。倘若大体上能得到相同的结果，本申请并不限定完全依照图1所示的方法步骤执行。方法1100归纳如下:
步骤1102:在第一环境因素下，通过第二接收器产生第一接收信号。
步骤1104:在第二环境因素下，通过第二接收器产生第二接收信号。
步骤1106:对第一接收信号与第二接收信号执行互相关操作以产生第一互相关信号。
步骤1112:在第一环境因素下，通过于第一接收器产生第三接收信号。
步骤1114:在第二环境因素下，通过于第一接收器产生第四接收信号。
步骤1116:对第三接收信号与第四接收信号执行互相关操作以产生第二互相关信号。
步骤1120:依据第一互相关信号与第二互相关信号产生信号飞行时间的变化。
熟悉本领域的技术人员在阅读完图3、图6与图7的实施例之后应能轻易理解飞行时间产生方法1100的步骤，详细说明在此省略以省篇幅。
上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例之特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本揭示内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本揭示内容作为基础，来设计或更动其他工艺与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本揭示内容之精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本揭示内容之精神与范围。

Claims (20)

1.一种飞行时间产生电路，耦接至第一换能器和第二换能器，其中所述第一换能器和所述第二换能器之间具有大于零的距离，且所述第一换能器和所述第二换能器设置于充斥流体的管路中，其特征在于，包括:
第一发射器，耦接于所述第一换能器；
第一接收器，耦接于所述第一换能器；
第二发射器，耦接于所述第二换能器；
第二接收器，耦接于所述第二换能器；
信号产生电路，用于在第一环境因素下，产生第一信号从所述第一发射器通过所述第一换能器发射第一换能器信号，所述第一换能器信号被所述第二换能器接收，并通过所述第二接收器产生第一接收信号至所述信号产生电路，以及在第二环境因素下，产生第二信号从所述第一发射器通过第一换能器发射第二换能器信号，所述第二换能器信号被所述第二换能器接收，并通过所述第二接收器产生第二接收信号至所述信号产生电路；
互相关电路，用于对所述第一接收信号以及第二接收信号执行互相关操作来产生第一互相关信号；及
处理电路，用于至少依据所述第一互相关信号产生在所述第一换能器以及所述第二换能器之间的飞行时间的变化。
2.如权利要求1的飞行时间产生电路，其特征在于，所述互相关电路另用于对所述第一信号以及所述第二信号执行所述互相关操作来产生第二互相关信号。
3.如权利要求1的飞行时间产生电路，其特征在于，所述信号产生电路另用于在所述第一环境因素下，产生第三信号从所述第二发射器通过所述第二换能器发射第三换能器信号，所述第三换能器信号被所述第一换能器接收，并通过所述第一接收器产生第三接收信号至所述信号产生电路，以及在所述第二环境因素下，产生第四信号从所述第二发射器通过第二换能器发射第四换能器信号，所述第四换能器信号被所述第一换能器接收，并通过所述第一接收器产生第四接收信号至所述信号产生电路。
4.如权利要求3的飞行时间产生电路，其特征在于，所述互相关电路另用于对所述第三接收信号以及所述第四接收信号执行所述互相关操作来产生第二互相关信号。
5.如权利要求2或4中任意一项的飞行时间产生电路，其特征在于，所述处理电路依据所述第一互相关信号以及所述第二互相关信号来产生信号在所述第一换能器与第二换能器之间的飞行时间的变化。
6.如权利要求1的飞行时间产生电路，其特征在于，所述第一环境因素为所述流体具有第一速度，且所述第二环境因素为所述流体具有第二速度。
7.如权利要求1或6的飞行时间产生电路，其特征在于，所述第一环境因素为所述飞行时间产生电路所在环境具有一第一温度，且所述第二环境因素为所述飞行时间产生电路所在环境具有一第二温度。
8.如权利要求1的飞行时间产生电路，其特征在于，所述互相关操作包括对所述第一接收信号以及所述第二接收信号执行快速傅利叶转换来分别产生第一转换信号以及第二转换信号，并对所述第一转换信号以及所述第二转换信号执行互相关来产生所述第一互相关信号。
9.如权利要求1的飞行时间产生电路，其特征在于，所述处理电路另用于依据所述飞行时间计算所述流体的流量。
10.一种芯片，其特征在于，包括：
如权利要求1-9任意一项所述的飞行时间产生电路。
11.一种流量计，其特征在于，包括：
如权利要求1-9任意一项所述的飞行时间产生电路；
所述第一换能器；以及
所述第二换能器；
其中所述飞行时间产生电路耦接至所述第一换能器和所述第二换能器。
12.一种飞行时间(time of flight)产生方法，用于控制第一发射器、第一接收器、第二发射器以及第二接收器，所述第一发射器和所述第一接收器耦接至第一换能器，所述第二发射器和所述第二接收器耦接至第二换能器，其中所述第一换能器和所述第二换能器之间具有大于零的距离，且所述第一换能器和所述第二换能器设置于充斥流体的管路中，其特征在于，所述产生方法包括:
在第一环境因素下，产生第一信号从所述第一发射器通过，使得所述第一换能器发射第一换能器信号；
在所述第一换能器信号被所述第二换能器接收后，通过所述第二接收器产生第一接收信号；
在第二环境因素下，产生第二信号从所述第一发射器通过，使得第一换能器发射第二换能器信号；
在所述第二换能器信号被所述第二换能器接收后，并通过所述第二接收器产生第二接收信号；
对所述第一接收信号以及第二接收信号执行互相关操作来产生第一互相关信号；及
至少依据所述第一互相关信号产生所述第一换能器以及所述第二换能器之间的飞行时间的变化。
13.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，另包括:
对所述第一信号以及所述第二信号执行所述互相关操作来产生第二互相关信号。
14.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，另包括:
在所述第一环境因素下，产生第三信号从所述第二发射器通过，使得所述第二换能器发射第三换能器信号；
在所述第三换能器信号被所述第一换能器接收后，通过所述第一接收器产生第三接收信号；
在所述第二环境因素下，产生第四信号从所述第二发射器通过，使得第二换能器发射第四换能器信号；以及
在所述第四换能器信号被所述第一换能器接收后，并通过所述第一接收器产生第四接收信号。
15.如权利要求14的飞行时间产生方法，其特征在于，另包括:
对所述第三接收信号以及所述第四接收信号执行所述互相关操作来产生第二互相关信号。
16.如权利要求13或15中任意一项的飞行时间产生方法，其特征在于，至少依据所述第一互相关信号产生所述第一换能器以及所述第二换能器之间的所述飞行时间包括:
依据所述第一互相关信号以及所述第二互相关信号来产生信号在所述第一换能器与所述第二换能器之间所述飞行时间的变化。
17.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，所述第一环境因素为所述流体具有第一速度，且所述第二环境因素为所述流体具有第二速度。
18.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，所述第一环境因素为所述第一换能器及所述第二换能器的所在环境具有一第一温度，且所述第二环境因素为所述第一换能器及所述第二换能器的所在环境具有一第二温度。
19.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，所述互相关操作包括:
对所述第一接收信号以及所述第二接收信号执行快速傅利叶转换来分别产生第一转换信号以及第二转换信号；以及
对所述转换第一参考信号以及所述转换第一时间信号执行互相关来产生所述第一互相关信号。
20.如权利要求12的飞行时间产生方法，其特征在于，另包括:
依据所述飞行时间计算所述流体的流量。
CN201980000508.2A 2019-03-20 2019-03-20 飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法 Pending CN110168319A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2019/078812 WO2020186473A1 (zh) 2019-03-20 2019-03-20 飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110168319A true CN110168319A (zh) 2019-08-23

Family

ID=67638080

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980000508.2A Pending CN110168319A (zh) 2019-03-20 2019-03-20 飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210003436A1 (zh)
CN (1) CN110168319A (zh)
WO (1) WO2020186473A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987099A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 深圳市汇顶科技股份有限公司 流速侦测电路以及相关芯片以及流量计
CN111256788A (zh) * 2020-03-24 2020-06-09 青岛清万水技术有限公司 一种时差法超声波流量计的校验方法
EP3922958A1 (en) * 2020-06-08 2021-12-15 Honeywell International Inc. Measurement of absolute time of flight in an ultrasonic meter using received and reflected waves
US11512996B2 (en) 2019-11-15 2022-11-29 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Flow speed detection circuit and associated chip and flow meter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289916A (zh) * 1999-09-29 2001-04-04 王智慧 测量井下原油流量的超声波互相关方法
JP2003042822A (ja) * 2001-07-27 2003-02-13 Amano Corp 流体の流速流量計測装置
CN103189719A (zh) * 2010-09-03 2013-07-03 洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司 用于非侵入式确定管道内部的流体的声学特性的方法
CN104459184A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 云南航天工业有限公司 一种柴油燃烧器电机转速测量方法
CN107003332A (zh) * 2014-07-29 2017-08-01 Gwf测量系统有限公司 改进的信号行程时间流量计
CN108283011A (zh) * 2015-08-12 2018-07-13 洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司 使用多模声信号对金属结构中的变化进行检测与监控

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6343511B1 (en) * 1995-06-07 2002-02-05 Panametrics, Inc. Ultrasonic path bundle and systems
CN104406642B (zh) * 2014-11-24 2017-10-03 天津商业大学 一种时差法超声波流量计精确测量方法
CN104697593B (zh) * 2015-03-24 2017-12-08 合肥工业大学 一种基于fpga和dsp的气体超声流量计
CN107024250A (zh) * 2017-04-26 2017-08-08 成都声立德克技术有限公司 气体流量测量的系统及方法
CN107328447A (zh) * 2017-07-24 2017-11-07 中国计量大学 井口气液两相流量计量方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1289916A (zh) * 1999-09-29 2001-04-04 王智慧 测量井下原油流量的超声波互相关方法
JP2003042822A (ja) * 2001-07-27 2003-02-13 Amano Corp 流体の流速流量計測装置
CN103189719A (zh) * 2010-09-03 2013-07-03 洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司 用于非侵入式确定管道内部的流体的声学特性的方法
CN107003332A (zh) * 2014-07-29 2017-08-01 Gwf测量系统有限公司 改进的信号行程时间流量计
CN104459184A (zh) * 2014-12-23 2015-03-25 云南航天工业有限公司 一种柴油燃烧器电机转速测量方法
CN108283011A (zh) * 2015-08-12 2018-07-13 洛斯阿拉莫斯国家安全股份有限公司 使用多模声信号对金属结构中的变化进行检测与监控

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110987099A (zh) * 2019-11-15 2020-04-10 深圳市汇顶科技股份有限公司 流速侦测电路以及相关芯片以及流量计
CN110987099B (zh) * 2019-11-15 2021-08-10 深圳市汇顶科技股份有限公司 流速侦测电路以及相关芯片以及流量计
US11512996B2 (en) 2019-11-15 2022-11-29 Shenzhen GOODIX Technology Co., Ltd. Flow speed detection circuit and associated chip and flow meter
CN111256788A (zh) * 2020-03-24 2020-06-09 青岛清万水技术有限公司 一种时差法超声波流量计的校验方法
EP3922958A1 (en) * 2020-06-08 2021-12-15 Honeywell International Inc. Measurement of absolute time of flight in an ultrasonic meter using received and reflected waves
US11725968B2 (en) 2020-06-08 2023-08-15 Honeywell International Inc. Measurement of absolute time of flight in an ultrasonic meter using received and reflected waves

Also Published As

Publication number Publication date
US20210003436A1 (en) 2021-01-07
WO2020186473A1 (zh) 2020-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110168319A (zh) 飞行时间产生电路以及相关芯片、流量计及方法
CN107015230B (zh) 一种超声波测距方法
CN1325881C (zh) 超声波气流计和测量内燃发动机废气流量的装置
CN102589627B (zh) 一种用于超声波流量计的绝对传播时间测量方法
CN106461437B (zh) 扩展范围adc流量计
CN101762298B (zh) 超声波测量仪
CN109029598B (zh) 一种互相关法气体超声波流量计中基于主次包络结合处的参考波形选取方法
CN104169692A (zh) 具有数字化欠采样流量测量的超声波流量计
CA2074608A1 (en) Velocity measurement system
JP2002243514A (ja) 超音波流量計
CN109579950B (zh) 一种气体超声波流量计的防错波检测装置
KR100195576B1 (ko) 이동 물체 속도 측정 장치
CN104406642B (zh) 一种时差法超声波流量计精确测量方法
CN106290977B (zh) 用多普勒超声波流速仪得到水流速信号的处理方法
CN110646042A (zh) 一种用于低功耗超声流量计飞行时间差计算的互相关插值方法
CN104535140B (zh) 超声波流量计换能器的谐振频率测试方法
CN107389974B (zh) 气液弹状流结构流速声电双模态测量方法
CN109991590A (zh) 一种在有限空间压力罐内测试换能器低频发射特性的系统与方法
CN105745556B (zh) 用于借助声传感器测量相对速度的方法和设备
CN209166556U (zh) 基于微机械压电超声波换能器的流量计渡越时间测量装置
CN103728464A (zh) 一种用于声学多普勒流速剖面仪的组合脉冲测速方法
US10955273B2 (en) Extended range ADC flow meter
US10852168B2 (en) Method of measuring time of flight of an ultrasound pulse
CN107576964B (zh) 线性变频信号的回波时间测量方法
US9921087B2 (en) System and method for measuring a fluid flow rate by provoking destructive interferences between acoustic waves propagating in opposite directions with respect to the flow of the fluid

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190823