CN111366204B - 流量测量电路和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种流量测量电路和方法，其中，该电路包括：触发电路、第一收发电路、第二收发电路、输出电路、接收端控制电路；第一收发电路连接有第一换能器，第二收发电路连接有第二换能器外，两者还均与触发电路、接收端控制电路、输出电路连接，在同一时刻，第一收发电路和第二收发电路中的一个作为发射电路，另一个作为接收电路，接收端控制电路用于调整接收电路的接收端阻抗，输出电路的第二端用于输出该流量测量电路的测量结果。该技术方案中，利用接收端控制电路对接收电路的接收端阻抗进行调节，提高了接收电路端和发射电路端的阻抗匹配程度，降低了系统的不对称误差，提高了流量测量的精度和稳定性。

Description

流量测量电路和方法

技术领域

本申请涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种流量测量电路和方法。

背景技术

在工农业生产和科学研究等领域中，流量都是一个重要的参数，例如，在某些工业生产过程的自动检测和控制中，为了有效的操作、控制和监测，需要检测各种流体的流量，流量测量在生产发展、能源节约和提高经济效益等方面具有重要意义。

现有技术中，流量测量主要基于超声波流量测量装置进行流量测量，该装置包括发射电路1、发射电路2。其中，发射电路1用于驱动与其连接的换能器A，发射电路2用于驱动与其连接的换能器B。其中，换能器A和换能器B分别安装于测量管段的上游和下游。在这两个换能器中，任意一个换能器发出的超声波信号能够通过流体传播，且被另一个换能器接收到，目前，基于超声波流量测量装置进行流量测量的方法主要包括时差法和频差法。其中，时差法是指利用超声波流量测量装置测量超声波信号顺流和逆流的传播时间差而可以得到流体流量。频差法是指通过测量超声波信号顺流和逆流的传播频率差得到流体的流量。

然而，在上述超声波流量测量装置的基础上，时差法的测量结果存在受温度影响存在误差的问题，频差法虽然可以减小时差法中声速随温度变化对于测量值的影响，但是存在零点误差的问题，即在实际测量中，当流体流速为零时，顺流和逆流的传播频率差并不为零，这样在流体流速不为零时，这部分误差就会附加到测量结果中，导致测量结果不准确，测量稳定性差。也即，现有的流量测量方法均存在测量不准确、测量稳定差的问题。

发明内容

本申请提供一种流量测量电路和方法，以克服现有流量测量方法存在的测量不准确、测量稳定差的问题。

第一方面，本申请提供一种流量测量电路，包括：触发电路、第一收发电路、第二收发电路、输出电路、接收端控制电路；

所述第一收发电路的第一端和所述第二收发电路的第一端均与所述触发电路连接，所述第一收发电路的第二端连接有第一换能器，所述第二收发电路的第二端连接有第二换能器，所述第一换能器和所述第二换能器中的一个设置在测量管的上游，另一个设置在所述测量管的下游；

在同一时刻，所述第一收发电路和所述第二收发电路中的一个作为发射电路，另一个作为接收电路；

所述接收端控制电路分别与所述第一收发电路的第二端、所述第二收发电路的第二端连接，所述接收端控制电路用于调整连接在所述流量测量电路中的接收电路的接收端阻抗；所述第一收发电路的第二端和所述第二收发电路的第二端还均与所述输出电路的第一端连接，所述输出电路的第二端用于输出所述流量测量电路的测量结果。

在第一方面的一种可能设计中，所述接收端控制电路包括：第一反馈调整控制器、第二反馈调整控制器、放大比较单元和参考电压产生电路；

所述第一反馈调整控制器的第一端、所述第二反馈调整控制器的第一端均用于接收驱动调节控制信号，所述驱动调节控制信号用于通过所述第一反馈调整控制器、所述第二反馈调整控制器调节接收参考电信号的大小；

所述第一反馈调整控制器的第二端与所述放大比较单元的第一输出端连接、所述第二反馈调整控制器的第二端与所述放大比较单元的第二输出端连接；

所述第一反馈调整控制器的第三端、所述第二反馈调整控制器的第三端均连接所述放大比较单元的第一输入端，所述放大比较单元的第二输入端还与所述参考电压产生电路连接。

在第一方面的上述可能设计中，所述第一反馈调整控制器和所述第二反馈调整控制器分别包括：一路常开通路、至少一路电流镜支路，每路电流镜支路中均连接有一个控制开关，每个控制开关用于控制所连接的电流镜支路的连通状态，所述常开通路用于保证非强驱动时的省电稳定输出。

在第一方面的另一种可能设计中，所述第一收发电路和所述第二收发电路均包括：相互连接的收发端子和发射端驱动电路，所述发射端驱动电路用于控制所连接的收发端子的发射状态。

可选的，所述发射端驱动电路包括：并列设置的多个驱动控制器，所述多个驱动控制器的连通状态用于确定所述发射端驱动电路的驱动能力。

可选的，所述多个驱动控制器采用晶体管实现。

在第一方面的再一种可能设计中，所述第一收发电路的第一端和第二端之间连接有第一电阻，且所述第二收发电路的第一端和第二端之间连接有第一电阻，所述第一电阻用于提高所述第一收发电路和所述第二收发电路的匹配度。

可选的，所述第一电阻的阻值为350欧姆。

在第一方面的又一种可能设计中，所述输出电路包括：相互连接的放大比较器和差分转单端运放器；

所述放大比较器用于对目标收发电路的接收电信号进行处理，所述目标收发电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于接收所述接收电信号的电路；

所述差分转单端运放器用于将所述放大比较器输出的差分信号转换为单端信号并对所述单端信号进行放大后，输出所述流量测量电路的测量结果。

第二方面，本申请提供一种流量测量方法，应用于第一方面及各可能设计所述的流量测量电路，所述方法包括：

所述触发电路发出发射电信号；

发射电路将所述发射电信号传输至第一目标换能器，并利用所述第一目标换能器将所述发射电信号转换成超声波信号发射出去，所述发射电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于发射信号的电路，所述第一目标换能器为与所述发射电路连接的换能器；

接收电路通过第二目标换能器接收所述超声波信号并利用所述第二目标换能器将所述超声波信号转换成接收电信号，所述接收电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于接收信号的电路，所述第二目标换能器为与所述接收电路连接的换能器；

接收端控制电路调整所述接收电路的接收端阻抗，控制所述接收电信号的大小；

所述输出电路获取所述接收电信号，对所述接收电信号进行处理后，输出所述流量测量电路的测量结果。

本申请提供一种流量测量电路和方法，通过触发电路发出发射电信号，发射电路将该发射电信号传输至第一目标换能器，并利用第一目标换能器将该发射电信号转换成超声波信号发射出去，接收电路通过第二目标换能器接收该超声波信号并利用第二目标换能器将超声波信号转换成接收电信号，接收端控制电路调整接收电路的接收端阻抗，控制接收电信号的大小，这样输出电路获取该接收电信号，对该接收电信号进行处理后，输出流量测量电路的测量结果。由互易原理，发射电路端和接收电路端的阻抗匹配程度直接影响了测量的稳定度，即匹配精度越高测量越稳定，该技术方案中，利用接收端控制电路对接收端阻抗进行调节，提高了接收电路端和发射电路端的阻抗匹配程度，降低了系统的不对称误差，提高了流量测量的精度，解决了现有技术中流量测量尤其是小流速测量的精度和稳定性问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的流量测量电路的结构示意图；

图2为图1所示流量测量电路中接收端控制电路的结构示意图；

图3为图2所示接收端控制电路的阻抗示意图；

图4为图1所示收发电路的阻抗示意图；

图5为图4所示驱动控制器的阻抗示意图；

图6为本申请实施例提供的流量测量电路的原理示意图；

图7为本实施例提供的流量测量电路的驱动配合时序图一；

图8为本实施例提供的流量测量电路的驱动配合时序图二；

图9为本申请提供的流量测量方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例针对现有流量测量方法均存在测量不准确的问题，提供了一种流量测量电路，发射电信号由触发电路发射，根据测量的流体流向确定选通的收发电路，在第一收发电路作为发射电路时，发射电信号传输至与该第一收发电路连接的第一换能器，通过第一换能器进行电信号到超声波信号的转换，转换后的超声波信号在测量管中的流体中下行传播到第二换能器，第二换能器将接收到的超声波信号转换成接收电信号并传输至与该第二换能器连接的第二收发电路，接收电信号在接收端控制电路的控制作用下，进入到输出电路并经过输出电路的处理后，输出测量信号，从而完成一次单向测量。同理，在第二收发电路作为发射电路，第一收发电路作为接收电路时，另一个方向上的测量方式类似。

在本申请的实施例中，该流量测量电路还包括接收端控制电路，该接收端控制电路分别与第一收发电路和第二收发电路连接，用于调节第一收发电路和第二收发电路中的接收电路的接收端阻抗，以提高接收电路的接收端阻抗与发射电路的发射端阻抗的匹配度，这样能够降低接收电路端与发射电路端的阻抗失配带来的零点漂移问题，提高了测量准确度和测量稳定性。

下面，通过具体实施例对本申请的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为本申请实施例提供的流量测量电路的结构示意图。如图1所示，该流量测量电路，包括：触发电路11、第一收发电路12、第二收发电路13、输出电路14、接收端控制电路15。

其中，第一收发电路12的第一端和第二收发电路13的第一端均与触发电路11连接，第一收发电路12的第二端连接有第一换能器A1，第二收发电路13的第二端连接有第二换能器A2，该第一换能器A1和所述第二换能器A2中的一个设置在测量管B1的上游，另一个设置在测量管B1的下游。

在本申请的实施例中，在同一时刻，第一收发电路12和第二收发电路13中的一个作为发射电路，则另一个作为接收电路。

接收端控制电路15分别与第一收发电路12的第二端、第二收发电路13的第二端连接，该接收端控制电路15用于调整连接在流量测量电路中的接收电路的接收端阻抗，该第一收发电路12的第二端和第二收发电路13的第二端还均与输出电路14的第一端连接，输出电路14的第二端用于输出流量测量电路的测量结果。

在本实施例中，触发电路11可以由数字控制模块实现，其可以控制数字脉冲信号的发射与接收。触发电路11同时与第一收发电路12和第二收发电路13连接，通过第一收发电路12和第二收发电路13中的发射端驱动电路，确定作为发射电路的收发电路以及该收发电路的驱动能力。

可以理解的是，对于设置在同一个测量管中的第一换能器A1和第二换能器A2，任意一个换能器发出的超声波信号都能够通过流体传播，并被另一个换能器接收到。

因而，在本申请的实施例中，若第一换能器A1设置在测量管B1的上游，第二换能器A2设置在测量管B1的下游，则第一收发电路12作为发射电路时，触发电路11发出的发射电信号经过第一收发电路12后传输至第一换能器，第一换能器A1将该发射电信号转换成超声波信号并发射出去，第二换能器A2接收该超声波信号并转换成接收电信号，此时，由于超声波信号的传播方向与测量管B1内流体的流向一致，称超声波顺流传播；当第二收发电路13作为发射电路时，触发电路11发出的发射电信号经过第二收发电路13后传输至第二换能器A2，第二换能器A2将该发射电信号转换成超声波信号并发射出去，第一换能器A1接收该超声波信号并转换成接收电信号，这时，超声波信号的传播方向与测量管B1内流体的流向相反，称超声波逆流传播。所以，通过测量超声波信号顺流传播和超声波逆流传播的时间差或频率差可以得到测量结果。

在本申请的实施例中，第一收发电路12和第二收发电路13中的一个收发电路作为接收电路，另一个收发电路作为发射电路；第一收发电路12和第二收发电路13中的接收电路接收到接收电信号后，通过与其连接的接收端控制电路15的阻抗配置和调节，能够调整该接收电路的接收端阻抗，从而可以使得接收电路端(即接收电路的接收端)和发射电路端(即发射电路的发射端)的阻抗精确匹配。

可选的，在实际应用中，流量测量电路的接收电路端和发射电路端都含有静电释放(Electro-Static discharge，ESD)电路，因而，该流量测量电路还具有静电防护的功能。

本申请实施例中，发射电信号由触发电路发射，根据测量的流体流向确定选通的收发电路，在第一收发电路作为发射电路时，发射电信号传输至与该第一收发电路连接的第一换能器，通过第一换能器进行电信号到超声波信号的转换，转换后的超声波信号在测量管中的流体中下行传播到第二换能器，第二换能器将接收到的超声波信号转换成接收电信号并传输至与该第二换能器连接的第二收发电路，接收电信号在接收端控制电路的控制作用下，进入到输出电路并经过输出电路的处理后，输出测量信号，从而完成一次单向测量。同理，在第二收发电路作为发射电路，第一收发电路作为接收电路时，另一个方向上的测量方式类似。

本申请提供的一种高精度阻抗可配置的流量测量结构，由互易原理，发射电路端和接收电路端的阻抗匹配程度直接影响了测量的稳定度，即匹配精度越高测量越稳定，因而，本方案利用接收端控制电路对接收电路端的阻抗进行调节，提高了接收电路端和发射电路端的阻抗匹配程度，降低了系统的不对称误差，提高了流量测量的精度，解决了现有技术中流量测量尤其是小流速测量的精度和稳定性问题。

示例性的，图2为图1所示流量测量电路中接收端控制电路的结构示意图。如图2所示，该接收端控制电路15可以包括：第一反馈调整控制器151、第二反馈调整控制器152、放大比较单元153和参考电压产生电路154。

其中，第一反馈调整控制器151的第一端、第二反馈调整控制器152的第一端均用于接收驱动调节控制信号，该驱动调节控制信号是由外接的控制器发出的，且其是多比特的信号，可以同时控制多条电流镜支路，因而，该驱动调节控制信号可用于通过第一反馈调整控制器151、第二反馈调整控制器152调节接收参考电信号的大小。

第一反馈调整控制器151的第二端与放大比较单元153的第一输出端连接、第二反馈调整控制器152的第二端与放大比较单元153的第二输出端连接。

第一反馈调整控制器151的第三端、第二反馈调整控制器152的第三端连接放大比较单元153的第一输入端，放大比较单元153的第二输入端还与参考电压产生电路154连接。

在本实施例中，参考电压产生电路154输出的参考信号可以输入到单位放大器中，实现参考信号与接收参考电信号的比较。

可选的，第一反馈调整控制器151的第三端、第二反馈调整控制器152的第三端可通过保护电阻R1连接放大比较单元153的第一输入端。其中，该保护电阻R1主要用于ESD二级防护功能。

可选的，在本实施例中，上述接收参考电信号是基于参考电压产生电路154产生的参考信号得到的。驱动调节控制信号分别经过第一反馈调整控制器151和第二反馈调整控制器152后输出，以调节该接收参考电信号的大小，从而使得输入到放大比较单元153的接收参考电信号不同，进而使得放大比较单元153输出的FBS2和FBS1的大小可调，通过分别连接第一收发电路12和第二收发电路13，从而控制接收电路端的阻抗大小。

在本申请的实施例中，由于触发电路发射的信号通常为脉冲信号，即发射电信号为数字强信号，而接收电路的接收端接收的是连续的模拟信号，即接收电信号为模拟小信号。这时，为了能够对接收电路的接收端阻抗进行精确调控，接收端控制电路15可以包括第一反馈调整控制器151、第二反馈调整控制器152、放大比较单元153和参考电压产生电路154，通过接收端控制电路15各组成部分形成的环路反馈以及阵列控制码调控，一方面实现了将参考电压产生电路154输出的参考信号通过放大比较单元153缓冲输出至第一反馈调整控制器151、第二反馈调整控制器152，进而反馈至接收电路。这时，从接收电路的端口看，接收电路的接收端阻抗实现了10欧母量级的调节，其与现有技术中接收电路的接收端阻抗为100欧母量级的调节相比，提高了接收端阻抗的精确调控，为提高测量稳定性奠定了基础。

示例性的，参照图2所示，第一反馈调整控制器151和第二反馈调整控制器152分别包括：一路常开通路、至少一路电流镜支路，每路电流镜支路中均连接有一个控制开关，每个控制开关用于控制所连接的电流镜支路的连通状态，该常开通路用于保证非强驱动时的省电稳定输出。

具体的，在本申请的实施例中，第一反馈调整控制器151和第二反馈调整控制器152具有一路常开通路之外，还具有若干条(例如，3条)电流镜支路，每条电流镜支路分别受到各自的驱动调节控制信号控制，以通过各自的控制开关控制每个电流镜支路的偏置电压是否连接放大比较单元153的反馈电压上。

示例性的，当某个电流镜支路的偏置电压连接放大比较单元153的反馈电压上时，该电流镜支路中有电流流过，该电流镜支路处于连通状态；当某个电流镜支路的偏置电压没有连接放大比较单元153的反馈电压上时，该电流镜支路中没有电流流过，该电流镜支路处于断开状态。

在本实施例中，阻抗调节通过控制反馈电压是否连接到反馈调整控制器内的电流镜支路决定该电流镜支路是否正常工作，当选择不打开某电流镜支路时，可断开该电流镜支路的反馈电压，并将电流镜支路的偏置电压拉低(对于NMOS)，使该电流镜支路关闭。

示例性的，在本实施例中，参照图2所示，第一反馈调整控制器151和第二反馈调整控制器152可以是一对驱动反馈阻抗阵列。其中，每个驱动反馈阵列阻抗可以包括一路常开通路和多路电流镜支路(图2示出的为三路)，该常开通路能够始终保持通路状态，使得第一反馈调整控制器151和第二反馈调整控制器152可以保证非强驱动时的省电稳定输出模式。

示例性的，图3为图2所示接收端控制电路的阻抗示意图。如图2和图3所示，图3中的单位放大器即为图2中的放大比较单元153，图3中的晶体管阵列1相当于图2中的第一反馈调整控制器151，图3中的晶体管阵列2相当于图2中的第二反馈调整控制器152。

可选的，每个晶体管还分别连接有控制开关(未示出)，通过控制开关控制所连接的晶体管的导通状态可以控制各个晶体管阵列中连通的晶体管数量，从而控制连入该接收端控制电路15中的电流镜支路，也即，能够控制接收端控制电路15中的电流镜支路的阻抗大小。

具体的，在图2中，反馈调整控制器内的阻抗调节由反馈调整控制器中连通的电流镜支路的数量实现，在图3中，晶体管阵列内的阻抗调节由晶体管阵列(即，并列的偏置晶体管)中处于连通状态的晶体管数量实现。

可选的，当图2中的驱动调节控制信号控制的反馈调整控制器中的电流镜支路全部连通时，此时，图3中的晶体管阵列(晶体管阵列1和晶体管阵列2)包括的晶体管全都正常工作，该接收端控制电路15在放大比较单元153输出的反馈电压(FBS1和FSB2)的控制下，驱动电流最大，且收发电路的接收端阻抗Zr最小。

同理，当图2中的驱动调节控制信号控制的反馈调整控制器中的电流镜支路全部断开时，即图3中的晶体管阵列(晶体管阵列1和晶体管阵列2)包括的晶体管均被偏置电压拉低，使其无电流流过，这时，只有常通的直流通路(常开通路)有电流，此时驱动能力最小，且收发电路的接收端阻抗Zr最大。

由上述分析可知，通过在接收端控制电路中输入驱动调节控制信号，利用该驱动调节控制信号的反馈调节实现了接收电路端的阻抗调节。

可选的，本申请实施例根据上述接收端控制电路15的结构控制各组成部分的功能实现，实现了多档位10欧母量级的接收驱动电阻配置，且这部分电阻的配置可以统一通过晶体管电阻配置实现，提高了接收电路端阻抗与发射电路端阻抗的匹配精度和可控性。

示例性的，图4为图1所示收发电路的阻抗示意图。如图4所示，第一收发电路12和第二收发电路13均包括：相互连接的收发端子(TX和RX)和发射端驱动电路，该发射端驱动电路用于控制所连接的收发端子的发射状态。

在本实施例的一种可能设计中，由于收发电路中收发端子的TX可以用于发射电信号，RX可以用于接收电信号，收发端子的发射状态可以根据发射端驱动电路的工作状态确定。

示例性的，参照图4所示，发射端驱动电路包括：并列设置的多个驱动控制器，该多个驱动控制器的连通状态用于确定所述发射端驱动电路的驱动能力。

在本实施例中，每个驱动控制器具有一个使能端口，该使能端口可以接收外界输出的使能信号，根据每个驱动控制器接收到使能信号，确定该驱动控制器是否连通在发射端驱动电路。

示例性的，在图4所示的示意图中，发射端驱动电路包括并列设置的两个驱动控制器，即，TX-drvx8和TX-drvx16。其中，TX-drvx8表示驱动电流最大为8mA，TX-drvx16表示驱动电流最大为16mA。可以理解的是，这两个驱动控制器可以是驱动能力不同的两个档位，驱动能力不同表现为驱动电流和驱动电阻不同。根据每个驱动控制器的使能状态确定是否启动发射功能，以及在启动发射功能时，经过该发射端驱动电路的发射电信号的驱动能力大小。

示例性的，TX-drvx8的使能信号为EN_TX1_0，当EN_TX1_0的取值为0时，TX-drvx8不工作，当EN_TX1_0的取值为1时，TX-drvx8工作。同理，TX-drvx16的使能信号为EN_TX1_1，根据EN_TX1_1的取值同样可以确定TX-drvx16的工作状态。

值得说明的是，在TX-drvx8和TX-drvx16均处于使能状态时，发射端驱动电路的驱动能力为TX-drvx8和TX-drvx16的驱动能力之和，即驱动电流最大为24mA，可以称为TX-drvx24。

可选的，发射端驱动电路中的多个驱动控制器可以采用晶体管实现。

例如，图5为图4所示驱动控制器的阻抗示意图。如图5所示，通过控制并列的晶体管的导通状态可以控制接入发射端驱动电路的电阻，也即，确定了发射端驱动电路的驱动能力。

在本实施例中，发射端驱动电路实现了多档位调节发射驱动电阻的功能，即发射端驱动电阻10欧母量级的配置调节。

进一步的，结合上述各实施例提供的各示意图，对流量测量电路的总体实现进行介绍。可选的，图6为本申请实施例提供的流量测量电路的原理示意图。参照图6所示，在本申请的实施例中，第一收发电路12的第一端和第二端(或称为接收端和发射端)连接有第一电阻R0，且第二收发电路13的第一端和第二端(或称为接收端和发射端)之间连接有第一电阻R0，该第一电阻R0用于提高第一收发电路12和第二收发电路13的匹配度。

参照图6所示，在本申请的实施例中，第一收发电路12的接收端和发射端之间连接有第一电阻R0，第二收发电路13的接收端和发射端之间也连接有第一电阻R0，即每个收发电路的接收端和发射端共用同一个第一电阻R0，实现了发射电路端的阻抗和接收电路端的阻抗之间的高精度匹配。

可选的，第一电阻R0的阻值为350欧姆。这个电阻在芯片外的板级上可以实现高精度的匹配，进一步提高了发射电路端和接收电路的阻抗匹配度。

可以理解的是，本申请实施例并不限定第一电阻R0的阻值，其可以根据实际情况确定，此处不再限定。

在本实施例中，流量测量电路中发射电路和接收电路的阻抗的高精度匹配，大幅度降低了通路失配带来的超声波流体测量上下行通路零点漂移以及由此带来的测量稳定性问题，尤其在流速较小时的高精度测量，提高了测量结果的准确性和稳定性。

可选的，如图6所示，第一收发电路12和第二收发电路13的接收端均分别连接有接收端RXP和下拉电路PD，接收端RXP用于将连接的换能器接收并转换得到的接收电信号传输至输出电路，下拉电路PD用于控制接收端RXP输出的接收电信号的大小。

示例性的，基于收发电路的工作状态，确定下拉开关(SWRX1和SWRX2)、低阻开关(VREFDRV1和VREFDRV2)、高阻开关(VREFPULL1和VREFPULL2)的选通和信号时序。

示例性的，参照图6所示，上述输出电路包括：相互连接的放大比较器和差分转单端运放器。

其中，放大比较器用于对目标收发电路的接收电信号进行处理，其中，该目标收发电路为第一收发电路12和第二收发电路13中用于接收电信号的电路。差分转单端运放器用于将放大比较器输出的差分信号转换为单端信号并对所述单端信号进行放大，输出该流量测量电路的测量结果。

在本申请的实施例中，输出电路的放大比较器与第一收发电路12和第二收发电路13连接。对于第一收发电路12和第二收发电路13中用于接收电信号的目标接收电路，其能够输出接收电信号，并将其传输至该放大比较器，从而，该放大比较器可以对接收到的接收电信号进行放大、比较等处理操作。

示例性的，由于输出电路需要对超声波信号顺流传播和超声波逆流传播的时间差或频率差等信号进行处理，即输出电路中的放大比较器输出的是两路差分信号，所以，本实施例中，需要利用差分转单端运放器将放大比较器输出的差分信号转换为单端信号，然后再并对该单端信号进行放大，进而得到测量结果。

可选的，参照图6所示，在本实施例提供的流量测量电路中，触发电路还连接有控制电路，控制电路还连接有幅度检测电路，该控制电路用于向触发电路发射控制信号和时钟信号，用于控制触发电路的工作状态；该幅度检测电路用于检测接收电信号的幅度值并输出反馈给控制电路。

进一步的，在本实施例中，该测量电路还包括与放大比较器和差分转单端运放器连接的单位增益放大器UG以及与单位增益放大器连接的数模控制器DAC，数模控制器用于将外接的控制器输入的数字信号转换成模拟信号，该UG用于对该模拟信号进行缓冲处理并输出，并将输出的信号作为放大比较器和差分转单端运放器的参考信号。

此外，在本申请的实施例中，流量测量电路中的通路开关也进行了设计控制，用以均衡各工艺角的导通电阻变化。

示例性的，在图3所示的接收端控制电路中，接收电路的接收端阻抗包括低阻开关VREFDRV1和低阻开关VREFDRV2带来的电阻，在本实施例中，该电阻称为开关电阻Rsw，该开关电阻Rsw的各个工艺角的平均值可以设置在35.46～46.49欧姆之间，平均在40.975欧姆。开关电阻Rsw在接收电路的所在通路上可以结合接收端控制电路中的三档阻抗调节(54/27.2/18.2)欧姆，计算接收端阻抗Zr范围为(94.975/68.175/59.175)欧姆，相应的，发射电路端所在通路上的三种发射端驱动电路(TX-drvx8、TX-drvx16和TX-drvx24)的发射端阻抗Zt的平均值为(85.3/39.5/27.02)欧姆，从三种发射端驱动电路中选择前两种驱动电路的阻抗与接收电路阻抗进行匹配比较，可得偏差电阻为(94.9-85.3＝9.6/85.3-68.1＝17.1/59.175-39.52＝19.65)，与外接电阻(350欧姆)的偏差在2.7％～5.6％。即，发射电路端和接收电路端的电阻偏差较小。

示例性的，在图6所示实施例的基础上，图7为本实施例提供的流量测量电路的驱动配合时序图一。在图6所示的电路原理图中，当第一收发电路作为发射电路，第二收发电路作为接收电路时，发射端和接收端驱动电路中的时序控制可以参照图7所示，此时，触发电路的发射电信号为DOUT，第一收发电路的发射端中TX-drvx16的使能状态开启，TX-drvx16的使能信号为EN-TX1，下拉电路PD1的输出信号PD-RX1，相应的，在第二收发电路的接收端，流经高阻开关的信号为VREFPULL2，流经下拉电阻的信号为SWRX2，流经低阻开关的信号为VREFDRV2。在超声波在测量管中顺流传输时，EN-TX1、PD-RX1、VREFPULL2、SWRX2和VREFDRV2的信号时序图如图7所示。

示例性的，图8为本实施例提供的流量测量电路的驱动配合时序图二。在图6所示的电路原理图中，当第二收发电路作为发射电路，第一收发电路作为接收电路时，发射端和接收端驱动电路中的时序控制可以参照图8所示，此时，触发电路的发射电信号为DOUT，第二收发电路的发射端中TX-drvx16的使能状态开启，TX-drvx16的使能信号为EN-TX2，下拉电路PD2的输出信号PD-RX2，相应的，在第一收发电路的接收端，流经高阻开关的信号为VREFPULL1，流经下拉电阻的信号为SWRX1，流经低阻开关的信号为VREFDRV1。当超声波在测量管中逆流传输时，EN-TX2、PD-RX2、VREFPULL1、SWRX1和VREFDRV1的信号时序图如图8所示。

可以理解的是，以上图7和图8所示的时序图仅是一种示例性说明，本申请实施例并不对超声波顺流和逆流时的具体时序信息进行限定，其可以根据实际情况确定。

值得说明的是，本申请实施例提供的流量测量电路同样适用于其它需要发射和接收数据的两个电路的阻抗匹配情况，并不限定于超声波测量。本申请实施例的电路配合数字滤波结构进一步增加了小流速测量的精度及稳定性。

下述为本申请提供的流量测量方法实施例，可以应用于本申请提供的流量测量电路实施例。对于本申请流量测量方法实施例中未披露的细节，请参照本申请上述的流量测量电路实施例。

图9为本申请提供的流量测量方法实施例的流程示意图。该方法可以应用于图1至图6所示的流量测量电路。参照图9所示，该方法可以包括如下步骤：

步骤91、触发电路发出发射电信号。

在本申请的实施例中，当需要测量测量管内流体的流速等指标时，可以利用上述图1至图6所示的流量测量电路，通过触发电路发出发射电信号，以启动测量。

可选的，该发射电信号可以是数字脉冲信号。

步骤92、发射电路将上述发射电信号传输至第一目标换能器，并利用该第一目标换能器将发射电信号转换成超声波信号发射出去。

其中，该发射电路为第一收发电路和第二收发电路中用于发射信号的电路，第一目标换能器为与该发射电路连接的换能器。

在本实施例中，根据第一收发电路和第二收发电路中发射端驱动电路的使能信息，在第一收发电路和第二收发电路中确定出用于发射信号的电路，将其作为发射电路以将接收到的发射电信号传输至第一目标换能器。

此外，利用超声波信号可以在流体中传播的性质，在本实施例中，利用设置在测量管中的第一目标换能器可以将该发射电信号转换能超声波信号发射出去，从而使得超声波信号可以传播至测量管中的第二目标换能器。

可以理解的是，发射电路可以是第一收发电路和第二收发电路中的任意一个，第一目标换能器是与该发射电路连接的换能器。例如，若发射电路为第一收发电路，则第一目标换能器是与第一收发电路连接的第一换能器；若发射电路为第二收发电路，则第一目标换能器是与第二收发电路连接的第二换能器。

步骤93、接收电路通过第二目标换能器接收该超声波信号并利用第二目标换能器将该超声波信号转换成接收电信号。

其中，该接收电路为第一收发电路和第二收发电路中用于接收电信号的电路，该第二目标换能器为与该接收电路连接的换能器。

在本实施例中，由于测量电路中只能传输电信号，因而，当第二目标换能器接收到第一目标换能器发射的超声波信号后，首先利用第二目标换能器将该超声波信号转换能接收电信号，再将该接收电信号传输至该接收电路，以实现对该接收电信号的后续传输和处理。

示例性的，该接收电路可以是第一收发电路和第二收发电路中的任意一个，第二目标换能器是与该接收电路连接的换能器。例如，若接收电路为第二收发电路，则第二目标换能器是与第二收发电路连接的第二换能器；若接收电路为第一收发电路，则第二目标换能器是与第一收发电路连接的第一换能器。

步骤94、接收端控制电路调整该接收电路的接收端阻抗，控制该接收电信号的大小。

示例性的，流量测量电路的第一收发电路的第二端和第二收发电路的第二端还连接有接收端控制电路。在实际应用中，接收端控制电路只与作为接收电路的收发电路连通，形成信号通路，因而，该接收端控制电路可以对第一收发电路和第二收发电路中的作为接收电路的接收端阻抗进行调控，例如，实现阻抗为10欧姆量级的调节，进而可以控制该接收电信号的大小。

步骤95、输出电路获取上述接收电信号，对该接收电信号进行处理后，输出流量测量电路的测量结果。

本申请实施例提供的方法，可应用于上述图1至图6所示的流量测量电路，关于该方法中未详尽的细节可以参见上述电路实施例中的记载，在此不再赘述。

本申请实施例提供的流量测量方法，通过触发电路发出发射电信号，发射电路将该发射电信号传输至第一目标换能器，并利用第一目标换能器将该发射电信号转换成超声波信号发射出去，接收电路通过第二目标换能器接收该超声波信号并利用第二目标换能器将超声波信号转换成接收电信号，接收端控制电路调整该接收电路的接收端阻抗，控制接收电信号的大小，最后输出电路获取该接收电信号，并对该接收电信号进行处理，输出该流量测量电路的测量结果接收电路。该技术方案中，利用接收端控制电路对接收电阻端的阻抗进行调节，提高了接收电路端和发射电路端的阻抗匹配程度，降低了系统的不对称误差，提高了流量测量的精度，解决了现有技术中超声波流量测量尤其是小流速测量的精度和稳定性问题。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；在公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中，a，b，c可以是单个，也可以是多个。

可以理解的是，在本申请的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。在本申请的实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请的实施例的实施过程构成任何限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种流量测量电路，其特征在于，包括：触发电路、第一收发电路、第二收发电路、输出电路、接收端控制电路；

所述第一收发电路的第一端和所述第二收发电路的第一端均与所述触发电路连接，所述第一收发电路的第二端连接有第一换能器，所述第二收发电路的第二端连接有第二换能器，所述第一换能器和所述第二换能器中的一个设置在测量管的上游，另一个设置在所述测量管的下游；

在同一时刻，所述第一收发电路和所述第二收发电路中的一个作为发射电路，另一个作为接收电路；

所述接收端控制电路分别与所述第一收发电路的第二端、所述第二收发电路的第二端连接，所述接收端控制电路用于调整连接在所述流量测量电路中的接收电路的接收端阻抗,通过在所述接收端控制电路中输入驱动调节控制信号，利用所述驱动调节控制信号的反馈调节实现了接收电路的接收端阻抗调节，其中，所述接收端控制电路包括第一反馈调整控制器、第二反馈调整控制器、放大比较单元和参考电压产生电路，通过接收端控制电路各组成部分形成的环路反馈以及阵列控制码调控，实现了将参考电压产生电路输出的参考信号通过放大比较单元缓冲输出至第一反馈调整控制器、第二反馈调整控制器，进而反馈至接收电路；

所述第一收发电路的第二端和所述第二收发电路的第二端还均与所述输出电路的第一端连接，所述输出电路的第二端用于输出所述流量测量电路的测量结果。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一反馈调整控制器的第一端、所述第二反馈调整控制器的第一端均用于接收驱动调节控制信号，所述驱动调节控制信号用于通过所述第一反馈调整控制器、所述第二反馈调整控制器调节接收参考电信号的大小；

所述第一反馈调整控制器的第二端与所述放大比较单元的第一输出端连接、所述第二反馈调整控制器的第二端与所述放大比较单元的第二输出端连接；

所述第一反馈调整控制器的第三端、所述第二反馈调整控制器的第三端均连接所述放大比较单元的第一输入端，所述放大比较单元的第二输入端还与所述参考电压产生电路连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一反馈调整控制器和所述第二反馈调整控制器分别包括：一路常开通路、至少一路电流镜支路，每路电流镜支路中均连接有一个控制开关，每个控制开关用于控制所连接的电流镜支路的连通状态，所述常开通路用于保证非强驱动时的省电稳定输出。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电路，其特征在于，所述第一收发电路和所述第二收发电路均包括：相互连接的收发端子和发射端驱动电路，所述发射端驱动电路用于控制所连接的收发端子的发射状态。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述发射端驱动电路包括：并列设置的多个驱动控制器，所述多个驱动控制器的连通状态用于确定所述发射端驱动电路的驱动能力。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述多个驱动控制器采用晶体管实现。

7.根据权利要求1-3任一项所述的电路，其特征在于，所述第一收发电路的第一端和第二端之间连接有第一电阻，且所述第二收发电路的第一端和第二端之间连接有第一电阻，所述第一电阻用于提高所述第一收发电路和所述第二收发电路的匹配度。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值为350欧姆。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出电路包括：相互连接的放大比较器和差分转单端运放器；

所述放大比较器用于对目标收发电路的接收电信号进行处理，所述目标收发电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于接收所述接收电信号的电路；

所述差分转单端运放器用于将所述放大比较器输出的差分信号转换为单端信号并对所述单端信号进行放大后，输出所述流量测量电路的测量结果。

10.一种流量测量方法，应用于权利要求1-9任一项所述的流量测量电路，其特征在于，所述方法包括：

所述触发电路发出发射电信号；

发射电路将所述发射电信号传输至第一目标换能器，并利用所述第一目标换能器将所述发射电信号转换成超声波信号发射出去，所述发射电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于发射信号的电路，所述第一目标换能器为与所述发射电路连接的换能器；

接收电路通过第二目标换能器接收所述超声波信号并利用所述第二目标换能器将所述超声波信号转换成接收电信号，所述接收电路为所述第一收发电路和所述第二收发电路中用于接收信号的电路，所述第二目标换能器为与所述接收电路连接的换能器；

接收端控制电路调整所述接收电路的接收端阻抗，控制所述接收电信号的大小；

所述输出电路获取所述接收电信号，对所述接收电信号进行处理后，输出所述流量测量电路的测量结果。

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