CN204168275U - 用于流量检测系统的时间数字转换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于超声波流量表设计技术领域，特别涉及一种用于流量检测系统的时间数字转换器，一种用于流量检测系统的时间数字转换器，包括计时脉宽放大电路和计时电路；所述的计时脉宽放大电路的输入端与计时脉宽分割电路的输出端相连用于接收计时脉宽分割电路输出的方波脉冲信号，并对方波脉冲信号的脉冲宽度进行放大处理；放大后的方波脉冲信号输出至计时电路进行计时并输出至主控模块，主控模块根据超声波顺流、逆流输出的计时差值计算流量。通过对计时脉宽分割电路输出方波脉冲信号的放大，以及计时电路对放大后的脉冲宽度进行计时，使得主控模块能够对计时值进行处理得到高精度的流量值。
Description
技术领域
本实用新型属于超声波流量表设计技术领域，特别涉及一种用于流量检测系统的时间数字转换器。
背景技术
超声波流量表是利用超声波时差原理，来实现对液体或气体流量进行计量的装置，与传统的机械式计量表相比，超声波流量计量表具有始动流量低、高计量准确度高、压损小等优势，正是由于这些优良特性，超声波流量计量表广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。
超声波流量表的测量原理为：上游端换能器发出超声波信号，经过时间t1后被下游端换能器接收；下游端换能器发出超声波信号，经过时间t2后被上游端换能器接收，由于超声波在顺流和逆流中的速度不同，通过比较时间t1、t2的差值，就能换算出流体的速度，再根据流体流过截面的大小，就能得知流量。现有技术中，超声波流量表中都设置有一个计数电路，从上游端换能器发出超声波时开始计时，到下游端换能器接收到超声波信号后计时完毕，如图1所示，得到时间t1＝n×T，式中n为超声波发射到接收过程中，计数电路的晶体振荡次数，T为计数电路的晶体振荡周期；同理可得到t2＝m×T，时间差值Δt＝t2－t1＝(m－n)×T。这种计时方式存在诸多不足：1、其计量精度依赖于计数电路的晶体振荡频率ν，其中ν＝1/T；2、由于换能器接收到回波信号的起始点存在干扰，不容易确定，导致时间测量不够准确。特别是流量较小即t1、t2差值较小的时候，时间的测量精度非常差，流量表的测量结果非常的不准确。
为解决这个不足，本公司于同日申请的专利《用于高精度超声波流量表的流量检测电路》中述及一种对回波信号采用分割、放大处理的电路，以提高超声波流量表的计量精度，为实现以上功能，现急需一种能够对分割处理后的脉冲信号转换成计时值的电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供用于流量检测系统的时间数字转换器，能够对分割处理后的脉冲信号处理成计时值。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种用于流量检测系统的时间数字转换器，包括计时脉宽放大电路和计时电路；所述的计时脉宽放大电路的输入端与计时脉宽分割电路的输出端相连用于接收计时脉宽分割电路输出的方波脉冲信号，并对方波脉冲信号的脉冲宽度进行放大处理；放大后的方波脉冲信号输出至计时电路进行计时并输出至主控模块，主控模块根据超声波顺流、逆流输出的计时差值计算流量。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：通过对计时脉宽分割电路输出方波脉冲信号的放大，以及计时电路对放大后的脉冲宽度进行计时，使得主控模块能够对计时值进行处理得到高精度的流量值。
附图说明
图1是现有技术中顺逆流时间差值的测量原理图；
图2是本实用新型计时脉宽放大电路的电路图；
图3是图2的时序图；
图4是本实用新型及其前置、后置电路的原理框图；
图5是本实用新型具体应用的流量检测系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合图2至图5，对本实用新型做进一步详细叙述。
参阅图4，一种用于流量检测系统的时间数字转换器65，包括计时脉宽放大电路63和计时电路64；所述的计时脉宽放大电路63的输入端与计时脉宽分割电路62的输出端相连用于接收计时脉宽分割电路62输出的方波脉冲信号，并对方波脉冲信号的脉冲宽度进行放大处理；放大后的方波脉冲信号输出至计时电路64进行计时并输出至主控模块10，主控模块10根据超声波顺流、逆流输出的计时差值计算流量。进行分割处理后的方波脉冲信号宽度较窄，使用计时电路64进行计时时，误差很大；将分割处理后的信号进行脉宽放大后再通过计时电路64计算出其宽度，最后在将计时值输出至主控模块10，主控模块10根据超声波顺流、逆流的计时值测量出来的流量值非常准确。
参阅图2，实现脉宽放大的电路有很多种，这里提供一种较为优选的实施方式：所述的计时脉宽放大电路63包括多个MOS管以及电阻、电容构成，NMOS管Q81的栅极作为计时脉宽放大电路63的输入端与计时脉宽分割电路62相连，NMOS管Q81的源极接地，NMOS管Q81的漏极通过电阻R2、R1接电源VCC，电源VCC通过电容C5接地；电容C6的一端连接在电阻R1、R2之间，其另一端连接在电容C1、C2之间；电阻R6和电容C8并联后的一端连接在电阻R1、R2之间，其另一端连接在电容C3、C4之间；电阻R3和电容C7并联后的一端通过电阻R4接电源VCC，其另一端接地；PMOS管Q79的栅极通过电阻R4接电源VCC，PMOS管Q80的栅极通过电阻R5接地；PMOS管Q1的源极接电源VCC，PMOS管Q1的栅极和漏极、PMOS管Q2的栅极以及NMOS管Q14的漏极相连，PMOS管Q2的源极与PMOS管Q5的漏极相连，PMOS管Q2的漏极、NMOS管Q16的漏极和栅极以及NMOS管Q19的栅极相连；PMOS管Q3～Q7、Q10、Q11、Q37以及Q38的源极接电源VCC，PMOS管Q3的栅极和漏极、PMOS管Q4的栅极以及NMOS管Q18的漏极和栅极相连，PMOS管Q4～Q7的漏极以及PMOS管Q24、Q25的源极相连，PMOS管Q5、Q6、Q37的栅极相连，PMOS管Q7的栅极接电源VCC，PMOS管Q8～Q11的栅极、PMOS管Q8的漏极、PMOS管Q12的源极以及NMOS管Q27的漏极相连，PMOS管Q10的漏极、PMOS管Q8的源极以及NMOS管Q22的漏极相连，PMOS管Q11的漏极、PMOS管Q9的源极、NMOS管Q23的漏极相连并通过电容C1与PMOS管Q40的漏极、NMOS管Q36的漏极以及PMOS管Q80的栅极相连，PMOS管Q9的漏极、NMOS管Q28的漏极、PMOS管Q26的源极以及PMOS管Q40的栅极相连，PMOS管Q37的漏极、NMOS管Q27的栅极、NMOS管Q28的栅极以及NMOS管Q34的漏极和栅极相连，PMOS管Q38的栅极和漏极以及PMOS管Q39的源极相连，PMOS管Q39的栅极和漏极、PMOS管Q12的栅极、PMOS管Q26的栅极以及NMOS管Q35的漏极相连，PMOS管Q40的源极接电源VCC，NMOS管Q13的漏极和栅极、NMOS管Q14的栅极接电源VCC，NMOS管Q13、Q14的源极与NMOS管Q15的漏极相连，NMOS管Q15、Q19、Q20、Q35的栅极相连，NMOS管Q15～Q17、Q19～Q21、Q30、Q32、Q33、Q35、Q36的源极均接地，NMOS管Q18的源极、NMOS管Q22和Q23的源极、NMOS管Q17的漏极以及NMOS管Q19～Q21的漏极相连，PMOS管Q24的栅极与NMOS管Q22的栅极相连，PMOS管Q24的漏极与NMOS管Q29、Q30的源极相连，NMOS管Q23的栅极、NMOS管Q25的栅极以及PMOS管Q79的栅极相连，PMOS管Q25的漏极与NMOS管Q31、Q32的源极相连并通过电容C2与NMOS管Q36的漏极相连，PMOS管Q12的漏极、NMOS管Q27的源极、NMOS管Q29的漏极和栅极以及NMOS管Q30～Q32的栅极相连，NMOS管Q28的源极、PMOS管Q26的漏极、NMOS管Q31的漏极以及NMOS管Q36的栅极相连，NMOS管Q34的源极与NMOS管Q33的漏极和栅极相连；PMOS管Q58～Q62、Q65、Q66、Q54、Q55、Q41、Q57的源极与NMOS管Q68的漏极相连，PMOS管Q41的栅极和漏极、PMOS管Q42的栅极以及NMOS管Q69的漏极相连，PMOS管Q42的源极与PMOS管Q60的漏极相连，PMOS管Q42的漏极、NMOS管Q71的漏极和栅极以及NMOS管Q74的栅极相连；PMOS管Q58的栅极和漏极、PMOS管Q59的栅极以及NMOS管Q73的漏极和栅极相连，PMOS管Q59～Q62的漏极以及PMOS管Q79、Q80的源极相连，PMOS管Q60、Q61、Q54的栅极相连，PMOS管Q62的栅极和源极相连，PMOS管Q63～Q66的栅极、PMOS管Q63的漏极、PMOS管Q67的源极以及NMOS管Q44的漏极相连，PMOS管Q65的漏极、PMOS管Q63的源极以及NMOS管Q77的漏极相连，PMOS管Q66的漏极、PMOS管Q64的源极、NMOS管Q78的漏极相连并通过电容C3与PMOS管Q57的漏极、NMOS管Q53的漏极相连，PMOS管Q64的漏极、NMOS管Q45的漏极、PMOS管Q43的源极以及PMOS管Q57的栅极相连，PMOS管Q54的漏极、NMOS管Q44的栅极、NMOS管Q45的栅极以及NMOS管Q51的漏极和栅极相连，PMOS管Q55的栅极和漏极以及PMOS管Q56的源极相连，PMOS管Q56的栅极和漏极、PMOS管Q67的栅极、PMOS管Q43的栅极以及NMOS管Q52的漏极相连，NMOS管Q68的漏极和栅极、NMOS管Q69的栅极相连，NMOS管Q68、Q69的源极与NMOS管Q70的漏极相连，NMOS管Q70、Q74、Q75、Q52的栅极相连，NMOS管Q70～Q72、Q74～Q76、Q47、Q49、Q50、Q52、Q53的源极相连，NMOS管Q73的源极、NMOS管Q77和Q78的源极、NMOS管Q72的漏极以及NMOS管Q74～Q76的漏极相连，PMOS管Q79的栅极与NMOS管Q77的栅极相连，PMOS管Q79的漏极与NMOS管Q46、Q47的源极相连，NMOS管Q78的栅极、NMOS管Q80的栅极相连，PMOS管Q80的漏极与NMOS管Q48、Q49的源极相连并通过电容C4与NMOS管Q53的漏极相连，PMOS管Q67的漏极、NMOS管Q44的源极、NMOS管Q46的漏极和栅极以及NMOS管Q47～Q49的栅极相连，NMOS管Q45的源极、PMOS管Q43的漏极、NMOS管Q48的漏极以及NMOS管Q53的栅极相连，NMOS管Q51的源极与NMOS管Q50的漏极和栅极相连；PMOS管Q57的漏极引出一条支路作为计时脉宽放大电路63的输出端与计时电路64相连。由MOS管构成的计时脉宽放大电路63，能够实现集成化、小型化，响应速度快且稳定。
图3所示的是计时脉宽放大电路63的输入、输出信号的时序图，其中信号L即计时脉宽分割电路62输出的方波脉冲信号，信号M即经过计时脉宽放大电路63放大后的方波脉冲信号。通过选择不同的电阻、电容，即可实现不同倍数的放大。
图5为本实用新型的具体应用电路的原理框图：
流量检测系统包括主控模块10，主控模块10由微处理器11、激励信号输出电路12构成，微处理器11控制激励信号输出电路12产生/停止产生激励信号，激励信号输出至激励信号处理模块20。
激励信号处理模块20包括依次连接的激励信号数量控制电路21、激励信号调理电路22，激励信号数量控制电路21根据微处理器11输出的控制信号将激励信号输出电路12输出的连续的方波信号转换成具有8个周期数的方波信号，激励信号调理电路22将激励信号数量控制电路21输出的方波信号调理为正弦波信号。
正弦波信号经过信号放大电路30放大后通过信号通道控制电路40输出至上游换能器51/下游换能器52，上游换能器51/下游换能器52发射超声波；下游换能器51/上游换能器52接收到相应的超声波信号后输出回波信号，回波信号经过信号通道控制电路40输出至信号放大电路30，信号放大电路30将回波信号放大后输出至回波信号处理模块60。
回波信号处理模块60包括回波信号调理电路61、计时脉宽分割电路62、计时脉宽放大电路63以及计时电路64，回波信号调理电路61将信号放大电路30输出的正弦波信号调理成方波信号并输出至计时脉宽分割电路62，计时脉宽分割电路62、计时脉宽放大电路63对接收到的方波信号进行分割、放大处理后输出至计时电路64。计时电路64将计数值输出至微处理器11，微处理器11根据顺流和逆流计数值的差值以及管道截面、流体温度等计算得出流量值。
流量检测系统其他模块或电路在本公司同日申请的其他专利中有详细介绍，这里就不再赘述。
Claims (2)
1.一种用于流量检测系统的时间数字转换器，其特征在于：包括计时脉宽放大电路(63)和计时电路(64)；所述的计时脉宽放大电路(63)的输入端与计时脉宽分割电路(62)的输出端相连用于接收计时脉宽分割电路(62)输出的方波脉冲信号，并对方波脉冲信号的脉冲宽度进行放大处理；放大后的方波脉冲信号输出至计时电路(64)进行计时并输出至主控模块(10)。
2.如权利要求1所述的用于流量检测系统的时间数字转换器，其特征在于：所述的计时脉宽放大电路(63)包括多个MOS管以及电阻、电容构成，NMOS管Q81的栅极作为计时脉宽放大电路(63)的输入端与计时脉宽分割电路(62)相连，NMOS管Q81的源极接地，NMOS管Q81的漏极通过电阻R2、R1接电源VCC，电源VCC通过电容C5接地；电容C6的一端连接在电阻R1、R2之间，其另一端连接在电容C1、C2之间；电阻R6和电容C8并联后的一端连接在电阻R1、R2之间，其另一端连接在电容C3、C4之间；电阻R3和电容C7并联后的一端通过电阻R4接电源VCC，其另一端接地；PMOS管Q79的栅极通过电阻R4接电源VCC，PMOS管Q80的栅极通过电阻R5接地；PMOS管Q1的源极接电源VCC，PMOS管Q1的栅极和漏极、PMOS管Q2的栅极以及NMOS管Q14的漏极相连，PMOS管Q2的源极与PMOS管Q5的漏极相连，PMOS管Q2的漏极、NMOS管Q16的漏极和栅极以及NMOS管Q19的栅极相连；PMOS管Q3～Q7、Q10、Q11、Q37以及Q38的源极接电源VCC，PMOS管Q3的栅极和漏极、PMOS管Q4的栅极以及NMOS管Q18的漏极和栅极相连，PMOS管Q4～Q7的漏极以及PMOS管Q24、Q25的源极相连，PMOS管Q5、Q6、Q37的栅极相连，PMOS管Q7的栅极接电源VCC，PMOS管Q8～Q11的栅极、PMOS管Q8的漏极、PMOS管Q12的源极以及NMOS管Q27的漏极相连，PMOS管Q10的漏极、PMOS管Q8的源极以及NMOS管Q22的漏极相连，PMOS管Q11的漏极、PMOS管Q9的源极、NMOS管Q23的漏极相连并通过电容C1与PMOS管Q40的漏极、NMOS管Q36的漏极以及PMOS管Q80的栅极相连，PMOS管Q9的漏极、NMOS管Q28的漏极、PMOS管Q26的源极以及PMOS管Q40的栅极相连，PMOS管Q37的漏极、NMOS管Q27的栅极、NMOS管Q28的栅极以及NMOS管Q34的漏极和栅极相连，PMOS管Q38的栅极和漏极以及PMOS管Q39的源极相连，PMOS管Q39的栅极和漏极、PMOS管Q12的栅极、PMOS管Q26的栅极以及NMOS管Q35的漏极相连，PMOS管Q40的源极接电源VCC，NMOS管Q13的漏极和栅极、NMOS管Q14的栅极接电源VCC，NMOS管Q13、Q14的源极与NMOS管Q15的漏极相连，NMOS管Q15、Q19、Q20、Q35的栅极相连，NMOS管Q15～Q17、Q19～Q21、Q30、Q32、Q33、Q35、Q36的源极均接地，NMOS管Q18的源极、NMOS管Q22和Q23的源极、NMOS管Q17的漏极以及NMOS管Q19～Q21的漏极相连，PMOS管Q24的栅极与NMOS管Q22的栅极相连，PMOS管Q24的漏极与NMOS管Q29、Q30的源极相连，NMOS管Q23的栅极、NMOS管Q25的栅极以及PMOS管Q79的栅极相连，PMOS管Q25的漏极与NMOS管Q31、Q32的源极相连并通过电容C2与NMOS管Q36的漏极相连，PMOS管Q12的漏极、NMOS管Q27的源极、NMOS管Q29的漏极和栅极以及NMOS管Q30～Q32的栅极相连，NMOS管Q28的源极、PMOS管Q26的漏极、NMOS管Q31的漏极以及NMOS管Q36的栅极相连，NMOS管Q34的源极与NMOS管Q33的漏极和栅极相连；PMOS管Q58～Q62、Q65、Q66、Q54、Q55、Q41、Q57的源极与NMOS管Q68的漏极相连，PMOS管Q41的栅极和漏极、PMOS管Q42的栅极以及NMOS管Q69的漏极相连，PMOS管Q42的源极与PMOS管Q60的漏极相连，PMOS管Q42的漏极、NMOS管Q71的漏极和栅极以及NMOS管Q74的栅极相连；PMOS管Q58的栅极和漏极、PMOS管Q59的栅极以及NMOS管Q73的漏极和栅极相连，PMOS管Q59～Q62的漏极以及PMOS管Q79、Q80的源极相连，PMOS管Q60、Q61、Q54的栅极相连，PMOS管Q62的栅极和源极相连，PMOS管Q63～Q66的栅极、PMOS管Q63的漏极、PMOS管Q67的源极以及NMOS管Q44的漏极相连，PMOS管Q65的漏极、PMOS管Q63的源极以及NMOS管Q77的漏极相连，PMOS管Q66的漏极、PMOS管Q64的源极、NMOS管Q78的漏极相连并通过电容C3与PMOS管Q57的漏极、NMOS管Q53的漏极相连，PMOS管Q64的漏极、NMOS管Q45的漏极、PMOS管Q43的源极以及PMOS管Q57的栅极相连，PMOS管Q54的漏极、NMOS管Q44的栅极、NMOS管Q45的栅极以及NMOS管Q51的漏极和栅极相连，PMOS管Q55的栅极和漏极以及PMOS管Q56的源极相连，PMOS管Q56的栅极和漏极、PMOS管Q67的栅极、PMOS管Q43的栅极以及NMOS管Q52的漏极相连，NMOS管Q68的漏极和栅极、NMOS管Q69的栅极相连，NMOS管Q68、Q69的源极与NMOS管Q70的漏极相连，NMOS管Q70、Q74、Q75、Q52的栅极相连，NMOS管Q70～Q72、Q74～Q76、Q47、Q49、Q50、Q52、Q53的源极相连，NMOS管Q73的源极、NMOS管Q77和Q78的源极、NMOS管Q72的漏极以及NMOS管Q74～Q76的漏极相连，PMOS管Q79的栅极与NMOS管Q77的栅极相连，PMOS管Q79的漏极与NMOS管Q46、Q47的源极相连，NMOS管Q78的栅极、NMOS管Q80的栅极相连，PMOS管Q80的漏极与NMOS管Q48、Q49的源极相连并通过电容C4与NMOS管Q53的漏极相连，PMOS管Q67的漏极、NMOS管Q44的源极、NMOS管Q46的漏极和栅极以及NMOS管Q47～Q49的栅极相连，NMOS管Q45的源极、PMOS管Q43的漏极、NMOS管Q48的漏极以及NMOS管Q53的栅极相连，NMOS管Q51的源极与NMOS管Q50的漏极和栅极相连；PMOS管Q57的漏极引出一条支路作为计时脉宽放大电路(63)的输出端与计时电路(64)相连。
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