CN116027311A - 超声波测量回波波谷同步触发电路以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声波测量回波波谷同步触发电路和方法，包括超声发送装置、与超声发送装置配合的超声接收装置、计数器，其特征在于：所述计数器内包括触发器，输入电压信号IS1，该电压信号一路第一信号IS11通过超声发送装置输出，另一路电压信号IS12连接至计数器；超声接收装置接收超声发送装置的信号，将回波输送至波谷检测电路，波谷检测电路检测到电压改变，第二比较器U3的七号引脚输出脉冲信号给触发器；计数器根据触发器信号输出反馈信号。本发明结构简单，本发明将触发器替代原来的比较器，增设波谷检测电路，回波到达波谷位置即为触发位置，消除了比较器门限问题，消除了测量误差，提高测量准确程度。

Description

超声波测量回波波谷同步触发电路以及方法

技术领域

本发明为无损检测的超声波测距领域，具体涉及一种超声波测量回波波谷同步触发电路以及方法。

背景技术

利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，且又由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和测厚仪器等都可以通过超声波来实现。现有的超声波测量装置多采用一个超声发送装置，超声波至测量目标后返回，超声接收装置进行接收，从而根据回波时间来进行距离测算。

现有的超声波测量装置多采用门限比较器进行回波触发，由于不同距离或者厚度回波的幅值大小会变化所以会出现触发点偏移情况导致测量误差增大，即传统的接收触发停止采用比较器方式，也就是接收到一定信号幅值的回波才会触发停止信号，但是不同距离或者厚度所产生的回波幅度是不同，将会导致计时误差，从而影响测量精度。如图2所示，距离较近时，回波大，距离远的时候回波小，这样到达同一个电压所产生的时间将不同，如图1中T1、T2所示，导致测量误差，因此获得一种克服上述缺陷的超声波测量回波波谷同步触发电路以及方法十分重要。

发明内容

为解决上述至少一种技术问题，由于波谷位置将不随回波大小改变而改变这样测量误差将消除大大提高测量准确性消除误差，因此本发明提出采用波谷检测的方案来进行测量。

一方面，本发明提供一种超声波测量回波波谷同步触发电路，包括超声发送装置、与超声发送装置配合的超声接收装置、计数器，所述计数器内包括触发器，还包括波谷检测电路，所述波谷检测电路检测来自超声接收装置的回波后输出触发门限至触发器以使其停止工作，所述计数器计算其开始工作和停止工作的时间差。

波谷检测电路包括第一比较器和第二比较器，所述超声接收装置接收信号至第一比较器的同相输入端，第一比较器U1的八号输出端输出高电平至触发器的D输入端，第一比较器的同相输入端通过第一三极管和延时线连接变压器后输入第二比较器的同相输入端，第二比较器的七号输出端连接至触发器的CP输入端，触发器的五号输出端输出触发脉冲至计数器。

超声接收装置通过第二运放电路连接波谷检测电路，所述第二运放电路将超声接收装置接收到的回波放大后输送至波谷检测电路。

还包括控制器，所述控制器输出信号至计数器以使其开始工作，该信号同时通过超声波驱动电路至超声发送装置输出，所述计数器将计算信息反馈至控制器。

通过上述技术方案，本发明增设波谷检测电路，回波到达波谷位置即为触发位置，消除了比较器门限问题，消除了测量误差，提高测量准确程度。

另一方面，本发明提供一种超声波测量回波波谷同步触发方法，包括上述超声波测量回波波谷同步触发电路，还包括以下步骤：

S1、输入电压信号IS1，该电压信号一路第一信号IS11通过超声发送装置输出，另一路电压信号IS12连接至计数器；

S2、超声接收装置接收超声发送装置的信号，将回波输送至波谷检测电路，波谷检测电路检测到电压改变，第二比较器U3的七号引脚输出脉冲信号给触发器；

S3、计数器根据触发器信号输出反馈信号。

电压信号IS12经过门限比较滤除基本干扰后输出至计数器。

电压信号IS12至第一比较器U1，超过第一比较器U1门限电压，则第一比较器U1的七号引脚输出高电压至计数器的触发器，以使触发器的D脚为1，当第二比较器的二号引脚的电压高于第二比较器U3的三号引脚比较电压后第二比较器U3的七号引脚输出一个逻辑高电平给触发器U2的CP输入端，此时触发器U2的五号引脚输出触发脉冲。

电压信号IS1通过控制器输出。控制器根据计数器的反馈信息计算测距。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明结构简单，本发明将触发器替代原来的比较器，增设波谷检测电路，回波到达波谷位置即为触发位置，消除了比较器门限问题，消除了测量误差，提高测量准确程度。

附图说明

图1为超声波测量原理图；

图2为回波大小改变到达比较器门限电压所需时间示意图；

图3为波谷位置不随回波大小的改变而变化示意图；

图4为传统使用比较器原理框图；

图5为本发明原理框图；

图6为本发明原理图；

附图标记：1-超声发送装置；2-超声接收装置；3-计数器；4-触发器；5-波谷检测电路；6-第二运放电路；7-比较器；8-控制器；9-超声波驱动电路。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。

参阅附图所示，本发明采用以下技术方案，如图5所示，一方面，本发明提供一种超声波测量回波波谷同步触发电路，包括超声发送装置1、与超声发送装置配合的超声接收装置2、计数器3，所述计数器3内包括触发器4，还包括波谷检测电路5，所述波谷检测电路5检测来自超声接收装置2的回波后输出触发门限至触发器4以使其停止工作，所述计数器3计算其自身开始工作和停止工作的时间差。

波谷检测电路包括第一比较器和第二比较器，所述超声接收装置接收信号至第一比较器的同相输入端，第一比较器U1的八号输出端输出高电平至触发器的D输入端，第一比较器的同相输入端通过第一三极管和延时线连接变压器后输入第二比较器的同相输入端，第二比较器的七号输出端连接至触发器的CP输入端，触发器的五号输出端输出触发脉冲至计数器。

超声接收装置2通过第二运放电路6连接波谷检测电路5，所述第二运放电路6将超声接收装置2接收到的回波放大后输送至波谷检测电路5。

还包括控制器8，所述控制器8输出信号至计数器3以使其开始工作，该信号同时通过超声波驱动电路9至超声发送装置1输出，所述计数器3将计算信息反馈至控制器8。

通过上述技术方案，本发明增设波谷检测电路5，回波到达波谷位置即为触发位置，消除了比较器门限问题，消除了测量误差，提高测量准确程度。

另一方面，本发明提供一种超声波测量回波波谷同步触发方法，包括上述超声波测量回波波谷同步触发电路，还包括以下步骤：

S1、输入电压信号IS1，该电压信号一路第一信号IS11通过超声发送装置1输出，另一路电压信号IS12连接至计数器3；

S2、超声接收装置2接收超声发送装置1的信号，将回波输送至波谷检测电路5，波谷检测电路5检测到电压改变，第二比较器U3的七号引脚输出脉冲信号给触发器4；

S3、计数器3根据触发器4信号输出反馈信号。

电压信号IS12经过门限比较滤除基本干扰后输出至计数器3。

电压信号IS12至第一比较器U1，超过第一比较器U1门限电压，则第一比较器U1的七号引脚输出高电压至计数器3的触发器4，以使触发器4的D脚为1，当第二比较器的二号引脚的电压高于第二比较器U3的三号引脚比较电压后第二比较器U3的七号引脚输出一个逻辑高电平给触发器U2的CP输入端，此时触发器U2的五号引脚输出触发脉冲。

电压信号IS1通过控制器8输出。控制器8根据计数器3的反馈信息计算测距。

如图6所示，图中输入电压信号INPUT SIGNAL，其中一路通过第一比较器U1的七号引脚输出至触发器U3的D脚，另一路通过超声发送装置1发送，超声接收装置2接收到了之后，当信号到了顶部时，变压器P5电压改变，则第二比较器U3的七号引脚输出脉冲给触发器U3。

其中第一三极管的发射极通过延迟线连接变压器主边，第一三极管的发射极通过第十五电阻连接变压器副边，变压器副边两端连接第十六电阻，变压器副边连接第二比较器的二号引脚，第一三极管的基极连接第八电阻。

如图6所示，输入电压进入第一连接器P1后，进入第一比较器进行基本门限比较滤除基本干扰，超过第一比较器的门限电压由其八号引脚输出高电压至触发器U3的D脚，触发器的D叫输入端为高电平，输入电压经过第八电阻后置第一三极管至第八电容，通过延迟线连接变压器的主边，经过第十五电阻和第十六电阻进行混合处理后，信号注入至第二比较器的二号引脚，当第二比较器U3的二号引脚电压高于其三号引脚基本噪声比较电压后，第二比较器的七号引脚输出逻辑高电平至触发器的CP端，此时CP脉冲使得触发器的五号引脚输出触发脉冲。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明结构简单，本发明将触发器4替代原来的比较器，增设波谷检测电路5，回波到达波谷位置即为触发位置，消除了比较器门限问题，消除了测量误差，提高测量准确程度。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声波测量回波波谷同步触发电路，包括超声发送装置(1)、与超声发送装置配合的超声接收装置(2)、计数器(3)，其特征在于：所述计数器(3)内包括触发器(4)，还包括波谷检测电路(5)，所述波谷检测电路(5)检测来自超声接收装置(2)的回波后输出触发门限信号至触发器(4)以使其停止工作，所述计数器(3)计算其开始工作和停止工作的时间差。

2.根据权利要求1所述的超声波测量回波波谷同步触发电路，其特征在于：所述波谷检测电路(5)包括第一比较器U1和第二比较器U3，所述超声接收装置(2)接收信号至第一比较器U1的同相输入端，第一比较器U1的八号输出端输出高电平至触发器(4)的D输入端，第一比较器U1的同相输入端通过第一三极管Q1和延时线连接变压器后输入第二比较器U3的同相输入端，第二比较器U3的七号输出端连接至触发器(4)的CP输入端，触发器(4)的五号输出端输出触发脉冲至计数器(3)。

3.根据权利要求1所述的超声波测量回波波谷同步触发电路，其特征在于：所述超声接收装置(2)通过第二运放电路(6)连接波谷检测电路(5)，所述第二运放电路(6)将超声接收装置(2)接收到的回波放大后输送至波谷检测电路(5)。

4.根据权利要求1所述的超声波测量回波波谷同步触发电路，其特征在于：还包括控制器(8)，所述控制器(8)输出信号至计数器(3)以使其开始工作，该信号同时通过超声波驱动电路(9)至超声发送装置(1)输出，所述计数器(3)将计算信息反馈至控制器(8)。

5.一种超声波测量回波波谷同步触发方法，其特征在于：包括权利要求1-4任一项所述的超声波测量回波波谷同步触发电路，还包括以下步骤：

S1、输入电压信号IS1，该电压信号一路第一信号IS11通过超声发送装置(1)输出，另一路电压信号IS12连接至计数器(3)；

S2、超声接收装置(2)接收超声发送装置(1)的信号，将回波输送至波谷检测电路(5)，波谷检测电路(5)检测到电压改变，则第二比较器U3的七号引脚输出触发脉冲信号给触发器(4)；

S3、计数器(3)根据触发器(4)信号输出反馈信号。

6.根据权利要求5所述的超声波测量回波波谷同步触发方法，其特征在于：所述电压信号IS12经过门限比较滤除基本干扰后输出至计数器(3)。

7.根据权利要求5所述的超声波测量回波波谷同步触发方法，其特征在于：所述电压信号IS12至第一比较器U1，超过第一比较器U1门限电压，则第一比较器U1的七号引脚输出高电压至计数器(3)的触发器(4)，以使触发器(4)的D脚为1，当第二比较器的二号引脚的电压高于第二比较器U3的三号引脚比较电压后第二比较器U3的七号引脚输出一个逻辑高电平给触发器U2的CP输入端，此时触发器U2的五号引脚输出触发脉冲。

8.根据权利要求5所述的超声波测量回波波谷同步触发方法，其特征在于：所述电压信号IS1通过控制器(8)输出。

9.根据权利要求5所述的超声波测量回波波谷同步触发方法，其特征在于：所述控制器(8)根据计数器(3)的反馈信息计算测距。

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