CN114295169A - 一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法,应用于气体流量仪表技术领域,包括:微处理器、电压可调DC‑DC、激发电路、开关电路、第一换能器、第二换能器、增益可调整放大器、信号峰值检测电路和比较器。本发明一方面,根据接收波经放大器放大后的信号幅值及放大器增益值来调整激发电压大小,以调整激发波和接收波强度,保证放大器增益适中,放大后的信号不失真且具有较高的信噪比,以保证过零检测准确,减少跳波发生的可能性,以提高流量测量的准确性和可靠性;另一方面,在保证放大器增益适中的前提下尽量降低激发电压,以降低功耗,延长电池使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及气体流量仪表技术领域,尤其涉及一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法。
背景技术
气体超声流量计因具有流量范围度宽、无转到部件、维修量少、压损小等优点,越来越受到用户的青睐,城市燃气计量用气体超声流量计一般要求采用内电池供电,要求功耗低,因此大都是采用基于过零点检测的时差法为测量原理。由于超声波通过不同类型、不同温度和压力的气体时,其能量衰减程度相差极大,如采用同样的激发电压,在不同的介质条件下,接收波的信号幅值差别非常悬殊。
而目前市场上的气体超声流量计都采用固定激发电压,仅通过调整放大器增益来达到预期的信号幅值,以满足过零点检测的需要,因此,常因出现跳波导致误测量甚至测量失败,测量可靠性较低,对所测量介质条件要求较高,介质适应性较差。同时,功耗较大,电池使用寿命较短。
因此,提出一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法,解决现有技术中的困难,是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法,有效提高气体超声流量计的适用范围,大幅提高气体超声流量计的稳定性和可靠性,同时降低功耗,延长电池的使用寿命。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,包括:
微处理器、电压可调DC-DC、激发电路、开关电路、第一换能器、第二换能器、增益可调整放大器、信号峰值检测电路和比较器;
所述微处理器,用于控制所述电压可调DC-DC的激发电压和所述增益可调整放大器的增益值;
所述电压可调DC-DC,与所述微处理器的第一输出端连接,用于按照所述微处理器发出的控制信号产生激发电压,并输入所述激发电路中;
所述激发电路,与所述开关电路的输入端连接,用于产生激发波,并将所述激发波传输至测量声道发射端的第一换能器;
所述第一换能器,与所述第二换能器通过开关电路连接,所述激发波经所述第一换能器后生成超声波,所述超声波经介质传输和衰减后输入所述第二换能器,所述第二换能器将所述衰减后的超声波转换为第一电压信号并输出至所述增益可调整放大器;
所述增益可调整放大器,用于将所述第一电压信号进行放大得到并输出第二电压信号;
所述信号峰值检测电路,与所述增益可调整放大器的输出端连接,用于检测所述第二电压信号的峰值,并将所述峰值输入至所述微处理器;
所述微处理器,读取所述峰值并与预设峰值范围进行比较,若落入所述预设峰值范围,则将所述第二电压信号输入至所述比较器,与比较电压进行比较,并输出停止脉冲;反之,微处理器利用所述第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前电压增益值计算得到新的电压增益值,并给予所述新的电压增益值调整放大器。
可选的,电压增益值的计算公式如下:
式中,G0为当前增益值,Vm为目标信号幅值,V0为第二电压信号的幅值。
可选的,所述微处理器计算得到的所述新的电压增益值大于预设增益值的上限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将所述激发电压提高一档;若所述新的电压增益值小于预设增益值的下限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将所述激发电压降低一档;若所述新的电压增益值落入所述预设增益值范围内,则调整所述增益可调整放大器的增益。
可选的,所述微处理器还具备报警功能,根据所述第二电压信号调整结果进行所述电压可调DC-DC和所述增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法,基于上述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,包括以下步骤:
S101:所述微处理器读取预设各测量声道的激发电压值、放大器增益值以及输出信号幅值范围;
S102:所述微处理器按照所述预设的激发电压值控制所述电压可调DC-DC产生激发电压,所述激发电压控制所述激发电路产生激发波,所述激发波经所述开关电路进入发射端的所述第一换能器后输出超声波,所述超声波经介质传输和衰减后输入接收端的所述第二换能器,所述第二换能器将衰减后的超声波转换为第一电压信号经所述增益可调整放大器放大后输出为第二电压信号,;
S103:所述信号峰值检测所述第二电压信号的信号峰值,微处理器读第二电压信号峰值;
S104:判断第二电压信号峰值是否落入输出信号幅值范围内,若为是,则进入下一步,若为否,则进入S106;
S105:将所述第二电压信号输入所述比较器,与比较电压进行比较处理,并输出停止脉冲;
S106:所述微处理器利用所述第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前放大器增益值计算得到新的放大器增益值,并调所述整增益可调整放大器的增益,进入S102。
可选的,所述S106具体包括以下步骤:
S1061:所述微处理器利用所述第二电压信号、所述目标信号幅值、所述当前放大器增益值计算得到所述新的放大器增益值;
S1062:判断所述新的放大器增益值是否落入所述预设放大器增益值范围,若为是,则进入下一步,反之,进入S1064;
S1063:调整所述增益可调整放大器的增益,进入所述S102;
S1064:若所述新的放大增益值>预设放大器的增益值的上限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将激发电压提高一档后,进入S102;若所述新的放大增益值<预设放大器的增益值的下限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将激发电压降低一档后,进入S102。
可选的,电压增益值的计算公式如下:
式中,G0为当前增益值,Vm为目标信号幅值,V0为第二电压信号的幅值。
可选的,还包括S107:根据所述第二电压信号调整结果进行所述电压可调DC-DC和所述增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明提供了一种气体超声流量计超声波信号自动调整系统及方法:一方面,根据接收波经放大器放大后的信号幅值及放大器增益值来调整激发电压大小,以调整激发波和接收波强度,保证放大器增益适中,放大后的信号不失真且具有较高的信噪比,以保证过零检测准确,减少跳波发生的可能性,以提高流量测量的准确性和可靠性;另一方面,在保证放大器增益适中的前提下尽量降低激发电压,以降低功耗,延长电池使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统的原理框图;
图2为本发明一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法的流程图;
图3为本发明S106的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1所示,本发明公开了一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,包括:
微处理器、电压可调DC-DC、激发电路、开关电路、第一换能器、第二换能器、增益可调整放大器、信号峰值检测电路和比较器;
微处理器,用于控制电压可调DC-DC的激发电压和增益可调整放大器的增益值;
电压可调DC-DC,与微处理器的第一输出端连接,用于按照微处理器发出的控制信号产生激发电压,并输入激发电路中;
激发电路,与开关电路的输入端连接,用于产生激发波,并将激发波传输至测量声道发射端的第一换能器;
第一换能器,与第二换能器通过开关电路连接,激发波经第一换能器后生成超声波,超声波经介质传输和衰减后输入第二换能器,第二换能器将衰减后的超声波转换为第一电压信号并输出至增益可调整放大器;
增益可调整放大器,用于将第一电压信号进行放大得到并输出第二电压信号;
信号峰值检测电路,与增益可调整放大器的输出端连接,用于检测第二电压信号的峰值,并将峰值输入至微处理器;
微处理器,读取峰值并与预设峰值范围进行比较,若落入预设峰值范围,则将第二电压信号输入至比较器,与比较电压进行比较,并输出停止脉冲;反之,微处理器利用第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前电压增益值计算得到新的电压增益值,并给予新的电压增益值调整放大器。
进一步的,电压增益值的计算公式如下:
式中,G0为当前增益值,Vm为目标信号幅值,V0为第二电压信号的幅值。
进一步的,微处理器计算得到的新的电压增益值大于预设增益值的上限,则微处理器控制电压可调DC-DC将激发电压提高一档;若新的电压增益值小于预设增益值的下限,则微处理器控制电压可调DC-DC将激发电压降低一档;若新的电压增益值落入预设增益值范围内,则调整增益可调整放大器的增益。
进一步的,微处理器还具备报警功能,根据第二电压信号调整结果进行电压可调DC-DC和增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
参照图2所示,本发明公开了一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法,基于上述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,包括以下步骤:
S101:微处理器读取预设各测量声道的激发电压值、放大器增益值以及输出信号幅值范围;
S102:微处理器按照预设的激发电压值控制电压可调DC-DC产生激发电压,激发电压控制激发电路产生激发波,激发波经开关电路进入发射端的第一换能器后输出超声波,超声波经介质传输和衰减后输入接收端的第二换能器,第二换能器将衰减后的超声波转换为第一电压信号经增益可调整放大器放大后输出为第二电压信号,;
S103:信号峰值检测第二电压信号的信号峰值,微处理器读第二电压信号峰值;
S104:判断第二电压信号峰值是否落入输出信号幅值范围内,若为是,则进入下一步,若为否,则进入S106;
S105:将第二电压信号输入比较器,与比较电压进行比较处理,并输出停止脉冲;
S106:微处理器利用第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前放大器增益值计算得到新的放大器增益值,并调整增益可调整放大器的增益,进入S102。
进一步的,S106具体包括以下步骤:
S1061:微处理器利用第二电压信号、目标信号幅值、当前放大器增益值计算得到新的放大器增益值;
S1062:判断新的放大器增益值是否落入预设放大器增益值范围,若为是,则进入下一步,反之,进入S1064;
S1063:调整增益可调整放大器的增益,进入S102;
S1064:若新的放大增益值>预设放大器的增益值的上限,则微处理器控制电压可调DC-DC将激发电压提高一档后,进入S102;若新的放大增益值<预设放大器的增益值的下限,则微处理器控制电压可调DC-DC将激发电压降低一档后,进入S102。
进一步的,电压增益值的计算公式如下:
式中,G0为当前增益值,Vm为目标信号幅值,V0为第二电压信号的幅值。
进一步的,还包括S107:根据第二电压信号调整结果进行电压可调DC-DC和增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
具体的,如通过S1063和S1064的调整,输出的第二电压信号的幅值检测仍无法满足要求,说明各档激发电压和放大器已不适合测量需要或故障,微处理器则输出相关报警信息。
对所公开的实施例的上述说明,按照递进的方式进行,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,其特征在于,包括:
微处理器、电压可调DC-DC、激发电路、开关电路、第一换能器、第二换能器、增益可调整放大器、信号峰值检测电路和比较器;
所述微处理器,用于控制所述电压可调DC-DC的激发电压和所述增益可调整放大器的增益值;
所述电压可调DC-DC,与所述微处理器的第一输出端连接,用于按照所述微处理器发出的控制信号产生激发电压,并输入所述激发电路中;
所述激发电路,与所述开关电路的输入端连接,用于产生激发波,并将所述激发波传输至测量声道发射端的第一换能器;
所述第一换能器,与所述第二换能器通过所述开关电路连接,所述激发波经所述第一换能器后生成超声波,所述超声波经介质传输和衰减后输入所述第二换能器,所述第二换能器将所述衰减后的超声波转换为第一电压信号并输出至所述增益可调整放大器;
所述增益可调整放大器,与所述开关电路的输出端连接,用于将所述第一电压信号进行放大得到并输出第二电压信号;
所述信号峰值检测电路,与所述增益可调整放大器的输出端连接,用于检测所述第二电压信号的峰值,并将所述峰值输入至所述微处理器;
所述微处理器,读取所述峰值并与预设峰值范围进行比较,若落入所述预设峰值范围,则将所述第二电压信号输入至所述比较器,与比较电压进行比较,并输出停止脉冲;反之,所述微处理器利用所述第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前电压增益值计算得到新的电压增益值,并给予所述新的电压增益值调整放大器。
3.根据权利要求1所述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,其特征在于,
所述微处理器计算得到的所述新的电压增益值大于预设增益值的上限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将所述激发电压提高一档;若所述新的电压增益值小于预设增益值的下限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将所述激发电压降低一档;若所述新的电压增益值落入所述预设增益值范围内,则调整所述增益可调整放大器的增益。
4.根据权利要求1所述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,其特征在于,
所述微处理器还具备报警功能,根据所述第二电压信号调整结果进行所述电压可调DC-DC和所述增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
5.一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法,其特征在于,基于权利要求1-4任一项所述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整系统,包括以下步骤:
S101:所述微处理器读取预设各测量声道的激发电压值、放大器增益值以及输出信号幅值范围;
S102:所述微处理器按照所述预设的激发电压值控制所述电压可调DC-DC产生激发电压,所述激发电压控制所述激发电路产生激发波,所述激发波经所述开关电路进入发射端的所述第一换能器后输出超声波,所述超声波经介质传输和衰减后输入接收端的所述第二换能器,所述第二换能器将衰减后的超声波转换为第一电压信号经所述增益可调整放大器放大后输出为第二电压信号;
S103:所述信号峰值检测所述第二电压信号的信号峰值,微处理器读第二电压信号峰值;
S104:判断第二电压信号峰值是否落入输出信号幅值范围内,若为是,则进入下一步,若为否,则进入S106;
S105:将所述第二电压信号输入所述比较器,与比较电压进行比较处理,并输出停止脉冲;
S106:所述微处理器利用所述第二电压信号的幅值、目标信号幅值、当前放大器增益值计算得到新的放大器增益值,并调所述整增益可调整放大器的增益,进入S102。
6.根据权利要求5所述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法,其特征在于,
所述S106具体包括以下步骤:
S1061:所述微处理器利用所述第二电压信号、所述目标信号幅值、所述当前放大器增益值计算得到所述新的放大器增益值;
S1062:判断所述新的放大器增益值是否落入所述预设放大器增益值范围,若为是,则进入下一步,反之,进入S1064;
S1063:调整所述增益可调整放大器的增益,进入所述S102;
S1064:若所述新的放大增益值>预设放大器的增益值的上限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将激发电压提高一档后,进入S102;若所述新的放大增益值<预设放大器的增益值的下限,则所述微处理器控制所述电压可调DC-DC将激发电压降低一档后,进入S102。
8.根据权利要求6所述的一种超声流量计的放大器增益与换能器激发电压自动调整方法,其特征在于,
还包括S107:根据所述第二电压信号调整结果进行所述电压可调DC-DC和所述增益可调整放大器匹配度以及故障进行报警。
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