CN115586738A

CN115586738A - 一种超声波流量计的开关电路及其控制方法

Info

Publication number: CN115586738A
Application number: CN202211488770.6A
Authority: CN
Inventors: 刘勋; 周钰宏; 鄢章发; 彭大江; 冯嘉益; 刘翔宇
Original assignee: Chengdu Qianjia Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Qianjia Technology Co Ltd
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2023-01-10

Abstract

本发明公开了一种超声波流量计的开关电路及其控制方法，其属于流量计技术领域，用于控制超声波流量计中主控芯片与第一超声波换能器、第二超声波换能器的连接，开关电路包括：第一控制单元，分别与第一超声波换能器、第二超声波换能器以及主控芯片电连接；第二控制单元，分别与第一超声波换能器、第二超声波换能器以及主控芯片电连接；其中，第一控制单元用于根据主控芯片传输的信号发射指令，控制第一超声波换能器或第二超声波换能器处于信号发射状态。本发明的有益效果在于提供了一种减少一对超声波收发器一致性较差的开关电路。

Description

一种超声波流量计的开关电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及流量计技术领域，具体而言，涉及一种超声波流量计的开关电路及其控制方法。

背景技术

现有的计量技术有容积式（如皮膜表、罗茨流量计）、速度式（如涡轮、超声波、热式质量等）；其中超声波流量计的原理为，在介质的上游和下游分别设置一对超声波收发器，超声波在介质中顺流方向和逆流方向的时间差与介质的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差与传播距离的关系计算得到介质流速，由流速与声道在介质通道面积的乘积即可获得介质的流量。

一对超声波换能器连接至主控芯片时，需要主控芯片能够同时切换该对超声波换能器的工作状态，使得一对超声波换能器能够同步工作。但是在现有技术中，主控芯片和该对超声波换能器之间，直接通过电线连接，因电线长短不一致，或两根电线使用后质量出现差异，所以主控芯片到该对超声波信号换能器之间的控制不能同步，所以导致了主控芯片在控制该对超声波换能器时一致性差。

发明内容

本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本发明的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

作为本发明的第一个方面，为了解决以上背景技术部分提到的技术问题，本发明的一些实施例提供了一种超声波流量计的开关电路，用于控制超声波流量计中主控芯片与第一超声波换能器、第二超声波换能器的连接，开关电路包括：

第一控制单元，分别与第一超声波换能器、第二超声波换能器以及主控芯片电连接；

第二控制单元，分别与第一超声波换能器、第二超声波换能器以及主控芯片电连接；

其中，第一控制单元用于根据主控芯片传输的信号发射指令，控制第一超声波换能器或第二超声波换能器处于信号发射状态；第二控制单元用于根据主控芯片传输的信号接收指令，控制第二超声波换能器或第一超声波换能器处于信号接收状态，并向主控芯片传输第二超声波换能器或第一超声波换能器所接收到的信号。

本发明所提供的第一个方面，在两个超声波换能器之间设置了一个开关电路，能够将两个超声波换能器至主控芯片这两条线路中，大部分采用了一条公共的线路进行替代，为此减少了两个超声波换能器至主控芯片的线路上的差异，减少了一致性差的影响。

第一控制单元包括第一控制器，第一控制器具有连接至第一超声波换能器的第一端口和连接至第二超声波换能器的第二端口；

当第一控制器使第一端口处于通路状态时，使第二端口处于开路状态；当第一控制器使第一端口处于开路状态时，使第二端口处于通路状态。

第二控制单元包括第二控制器，第二控制器具有连接至第二超声波换能器的第三端口和连接至第一超声波换能器的第四端口；

当第二控制器使第三端口处于通路状态时，使第四端口处于开路状态；当第二控制器使第三端口处于开路状态时，使第四端口处于通路状态。

第一控制器和第二控制器为相同型号的芯片。

第一端口为第一控制器的常闭端口，第二端口为第一控制器的常开端口；当主控芯片向第一控制器发送低电平时，第一端口为通路状态，第二端口为开路状态；当主控芯片向第一控制器发送高电平时，第一端口为开路状态，第二端口为通路状态。

第三端口为第二控制器的常闭端口，第四端口为第二控制器的常开端口；当主控芯片向第二控制器发送低电平时，第三端口为通路状态，第四端口为开路状态；当主控芯片向第二控制器发送高电平时，第三端口为开路状态，第四端口为通路状态。

主控芯片、第一超声波换能器、第二超声波换能器、开关电路集成于超声波流量计中。

超声波流量计中还包括信号放大单元，与第二控制单元电连接，用于将第二控制单元传输至主控芯片的信号进行放大。

作为本发明的第二个方面，本发明的一些实施例还提供了一种超声波流量计的开关电路的控制方法：包括以下步骤：

步骤1，主控芯片向第一控制单元传输信号发射指令，使得第一控制单元控制第一超声波换能器或第二超声波换能器处于信号发射状态；同时主控芯片向第二控制单元传输信号接收指令，使得第二控制单元控制第二超声波换能器或第一超声波换能器处于信号接收状态；

步骤2，第一超声波换能器向第二超声波换能器发射超声波信号，或者第二超声波换能器向第一超声波换能器发射超声波信号；

步骤3，第二控制器将第二超声波换能器或第一超声波换能器接收到的超声波信号传输至主控芯片。

本发明所提供的控制方法能够在主控芯片下发相应的指令到第一控制单元和第二控制单元之后，通过第一控制单元和第二控制单元迅速对超声波换能器的工作状态进行控制，避免了在操作中，第一超声波换能器和第二超声波换能器一致性差的问题。

步骤1具体包括以下步骤：

主控芯片同时向第一控制单元的第一控制器和第二控制单元的第二控制器发送高电平或低电平；

当主控芯片同时向第一控制器和第二控制器发送低电平时，第一控制器的第一端口处于通路状态，第二端口处于开路状态，且第二控制器的第三端口处于通路状态，第四端口处于开路状态；此时使第一超声波换能器处于信号发射状态，使第二超声波换能器处于信号接收状态；

当主控芯片同时向第一控制器和第二控制器发送高电平时，第一控制器的第一端口处于通状态，第二端口处于开路状态，且第二控制器的第三端口处于通路状态，第四端口处于开路状态；此时使第一超声波换能器处于信号接收状态，使第二超声波换能器处于信号发射状态。

本发明的有益效果在于：提供了一种减少一对超声波收发器一致性较差的开关电路及其控制方法。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是的超声波流量计内超声波换能器位置的示意图；

图2是根据本发明实施例的超声波流量计的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的第一控制单元和第二控制单元的电路结构图。

图4是根据本发明实施例二的第一控制单元和第二控制单元的电路结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“ 第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

实施例1:

参考图1，超声波流量计的设计中，会沿着流量计内介质流动方向的上游和下游分别设置第一超声波换能器和第二超声波换能器；如此，第一超声波换能器和第二超声波换能器中的一个发出超声波信号，另一个接收超声波信号，进而测算出流量计内介质的流量。为此，还需要设置一个主控芯片，用于控制第一超声波换能器或第二超声波换能器发出超声波信号，同时接收第二超声波换能器或第一超声波换能器接收的信号。如此，需要主控芯片和第一超声波换能器以及第二超声波换能器实现信号连接。现有方式方式中，通常采用电线连接的方式将第一超声波换能器和第二超声波换能器电性连接至主控芯片，但是该连接方式会导致第一超声波换能器和第二超声波换能器一致性差。其原因为：

（1）因为两个超声波换能器和主控芯片之间连接的部分为人工焊接的焊点，焊点部位电阻不一致，信号很难同时发送至两个超声波换能器处，以使得第一超声波换能器、第二超声波换能器在同步开始工作时存在时间延迟。

（2）两个超声波换能器采用不同的线路连接至主控芯片，所以主控芯片从发出指令至第一超声波换能器直至第一超声波换能器响应的时间和主控芯片从发出指令至第二超声波换能器响应的时间是不一致的。

针对上述提到的问题，本发明将第一超声波换能器和第二超声波换能器集成至主控芯片所在的电路上，并将传统的用于对超声波换能器发送驱动超声波换能器发出超声波信号的开关，以及用于接收超声波换能器传输的信号的开关进行了优化，如此避免了传统的采用人工焊接以及电线连接的方式，所带来第一超声波换能器和第二超声波换能器一致性差的问题。

参考图2，一种超声波流量计的开关电路包括第一控制单元和第二控制单元，其中，第一超声波换能器J1分别与第一控制单元和第二控制单元电性连接；第二超声波换能器J2分别与第一控制单元和第二控制单元电性连接。

其中，第一控制单元能够根据主控芯片发出的信号发射指令，控制第一超声波换能器J1或第二超声波换能器J2处于信号发射状态；第二控制单元能够根据主控芯片发出的信号接收指令，接收第一超声波换能器J1或者第二超声波换能器J2的信号，并将获得的信号传输至主控芯片。

所以，第一控制单元用于控制第一超声波换能器J1和第二超声波换能器J2中的任意一个处于信号发射状态，第二控制单元用于接收第一超声波换能器J1和第二超声波换能器J2中的另一个所发出的信号，并传递至主控芯片。

作为一种可实施方式，主控芯片控制第一控制单元让第一超声波换能器J1处于信号发射状态，且控制第二控制单元让第二超声波换能器J2处于信号接收状态，则第一超声波换能器J1发出超声波信号，第二超声波换能器J2接收到第一超声波换能器J1发出的信号，并转化为电信号后，通过第二控制单元将电信号传输至主控芯片。

作为另一种可实施例的方式，主控芯片控制第一控制单元让第二超声波换能器J2处于信号发射状态，且控制第一控制单元让第一超声波换能器J2处于信号接收状态，则第二超声波换能器J2发出超声波信号，第一超声波换能器J1接收到第二超声波换能器J2发出的信号，并转化为电信号后，通过第二控制单元将电信号传输至主控芯片。

在更为具体的实施例中，参考图3，第一控制单元包括电阻R3和第一控制器U1；其中，电阻R3的一端连接至主控芯片的信号发出引脚，电阻R3的另一端连接至第一控制器U1;

第一控制器U1至少包括第一端口、第二端口、第一切换端口以及输入端口；其中，电阻R3连接至第一控制器U1的输入端口，第一端口连接至第一超声波换能器J1，第二端口连接至第二超声波换能器J2，第一切换端口连接至主控芯片。

第二控制单元包括电阻R6和第二控制器U2，其中，第二控制器U2接收到的信号输送至信号放大单元，经过信号放大单元放大之后，输送至主控芯片，电阻R6一端连接至第二控制器U2和信号放大单元连接的节点，另一端接地。

第二控制器U2至少包括第三端口、第四端口、第二切换端口、以及输出端口；其中，第三端口连接至第二超声波换能器J1，第四端口连接至第一超声波换能器J2；第二切换端口连接至主控芯片，输出端口连接至信号放大器。

同时，在电阻R3和第一控制器U1的输入端口的连接点还连接至电容C5的一端，电容C5的另一端连接至电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接至电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，且电阻R9并联有电容C7。

作为一种可实施方式：主控芯片通过第一切换端口向第一控制器U1发送控制第一端口为通路状态的信号的时，第一端口切换为通路状态，第二端口切换为开路状态，同时主控芯片通过第二切换端口向第二控制器U2发送控制第三端口为通路状态的信号的时，第三端口切换为通路状态，第四端口切换为开路状态。如此，主控芯片通过输入端口向第一控制器发送信号，然后信号从第一控制器的第一端口发送至第一超声波换能器，第一超声波换能器发出超声波信号，第二超声波换能器接收第一超声波换能器发出的超声波信号并转化电信号，第二超声波换能器产生的电信号通过第三端口传入至第二控制器U2，然后从第二控制器U2的输出端口传输至信号放大单元。

作为另一种可实施方式，第二超声波换能器产生超声波信号，第一超声波换能器接收超声波信号并将转化的电信号发送至信号放大单元，对于第一控制器、第二控制器上端口的控制方式及功能原理与前述实施方式相同，此处不再赘述。

为了增加第一超声波换能器和第二超声波换能器的一致性，需要第一控制器和第二控制器的型号相同。

参考图3，在一些更为具体的实施例中，第一控制器U1和第二控制器U2均选择TS549411芯片；其中第一端口为第一控制器U1的常闭端NC，第二端口为第一控制的常开端NO，第一切换端口为第一控制器U1的IN端，输入端口为第一控制器U1的COM端。第三端口为第二控制器U2的常闭端NC，第四端口为第二控制器U2的常开端NO，第二切换端口为第二控制器U2的IN端，输出端口为第二控制器的COM端。

本发明还提供了一种超声波流量计的开关电路的控制方法；

作为一种可实施方式，一种超声波流量计的开关电路的控制方法包括：

步骤1，主控芯片向第一控制器U1的第一切换端口发送低电平信号并向第二控制器U2的第二切换端口发送低电平信号时，第一控制器U1的第一端口处于通路状态，第二端口处于开路状态，第二控制器U2的第三端口处于通路状态，第四端口处于通路状态；此时，第一超声波换能器处于信号发射状态，第二超声波换能器处于信号接收状态。

步骤2，第一超声波换能器向第二超声波换能器发射超声波信号，第二超声波换能器接收第一超声波发送的超声波信号。

步骤3，第二超声波换能器将接收到的超声波信号转化为电信号之后，发送至第二控制器，然后经由第二控制器发送信号放大器放大之后，发送至主控芯片。

作为另一种可实施的方式，主控芯片可以分别向第一控制器U1和第二控制器U2发送高电平信号，以使得第二超声波换能器发出超声波信号，第一超声波换能器接收超声波信号，并且将第一超声波换能器接收的信号转化为电信号之后，经过第二控制器发送至主控芯片。对于第一控制器、第二控制器上端口的控制方式及功能原理与前述实施方式相同，此处不再赘述

实施例2:

请参见图4，若所述第二控制器的第三端口为常开端口，第四端口为常闭端口时，主控芯片可以同时向第一控制器发送低电平、向第二控制器发送高电平，此时第一控制器、第二控制器的各个端口的功能原理与实施例1相同。同样，主控芯片也可以同时向第一控制器发送高电平、向第二控制器发送低电平。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种超声波流量计的开关电路，用于控制超声波流量计中主控芯片与第一超声波换能器、第二超声波换能器的连接，其特征在于：所述开关电路包括：

其中，所述第一控制单元用于根据主控芯片传输的信号发射指令，控制第一超声波换能器或第二超声波换能器处于信号发射状态；所述第二控制单元用于根据主控芯片传输的信号接收指令，控制第二超声波换能器或第一超声波换能器处于信号接收状态，并向主控芯片传输第二超声波换能器或第一超声波换能器所接收到的信号。

2.根据权利要求1所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述第一控制单元包括第一控制器，所述第一控制器具有连接至第一超声波换能器的第一端口和连接至第二超声波换能器的第二端口；

3.根据权利要求1所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述第二控制单元包括第二控制器，所述第二控制器具有连接至第二超声波换能器的第三端口和连接至第一超声波换能器的第四端口；

4.根据权利要求1所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述第一控制器和所述第二控制器为相同型号的芯片。

5.根据权利要求2所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述第一端口为第一控制器的常闭端口，所述第二端口为第一控制器的常开端口；当主控芯片向第一控制器发送低电平时，所述第一端口为通路状态，所述第二端口为开路状态；当主控芯片向第一控制器发送高电平时，所述第一端口为开路状态，所述第二端口为通路状态。

6.根据权利要求3所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述第三端口为第二控制器的常闭端口，所述第四端口为第二控制器的常开端口；当主控芯片向第二控制器发送低电平时，所述第三端口为通路状态，所述第四端口为开路状态；当主控芯片向第二控制器发送高电平时，所述第三端口为开路状态，所述第四端口为通路状态。

7.根据权利要求1所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述主控芯片、第一超声波换能器、第二超声波换能器、开关电路集成于超声波流量计中。

8.根据权利要求1所述的一种超声波流量计的开关电路，其特征在于：所述超声波流量计中还包括信号放大单元，与所述第二控制单元电连接，用于将第二控制单元传输至主控芯片的信号进行放大。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种超声波流量计的开关电路的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤2，所述第一超声波换能器向第二超声波换能器发射超声波信号，或者所述第二超声波换能器向第一超声波换能器发射超声波信号；

步骤3，所述第二控制器将第二超声波换能器或第一超声波换能器接收到的超声波信号传输至主控芯片。

10.根据权利要求9所述的一种超声波流量计的开关电路的控制方法，其特征在于：所述步骤1具体包括以下步骤：

当主控芯片同时向第一控制和第二控制器发送高电平时，第一控制器的第一端口处于开路状态，第二端口处于通路状态，且第二控制器的第三端口处于开路状态，第四端口处于通路状态；此时使第一超声波换能器处于信号接收状态，使第二超声波换能器处于信号发射状态。