CN209945454U - 一种用于超声波计量设备的干扰检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及干扰检测技术领域，提出一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，包括依次连接的拾音采集模块、超声波信号处理模块、PC计算机。本实用新型采用的超声波信号处理电路对拾音器采集的音频信号进行阻抗匹配、放大、高速采样等处理，将处理后的信号上传至PC计算机，PC计算机将信号转换为频谱图，将该频谱图与无干扰信号的频谱图做对比，可检测出超声波计量设备在工作时是否存在干扰信号。

Description

一种用于超声波计量设备的干扰检测装置

技术领域

本实用新型涉及干扰检测技术领域，特别涉及一种用于超声波计量设备的干扰检测装置。

背景技术

超声波燃气表是采用时差法原理来测量燃气流速，通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传播时的速度之差来反映流体的速度，流速与管道截面的乘积即为用气量。如果管道中存在振动、敲击等情况，会产生干扰信号，即管道中不只存在超声波信号，可能还存在其他干扰信号。

实用新型内容

本实用新型的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，用于检测超声波计量设备在工作时超声波信号中是否有其他干扰信号。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型实施例提供了以下技术方案：

一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，包括：

拾音采集模块，用于采集音频信号；

与拾音采集模块连接的超声波信号处理模块，用于对采集的音频信号进行放大处理；

与超声波信号处理模块连接的PC计算机，用于将放大处理后的音频信号转换为频谱图，并将所述频谱图与无干扰信号的标准频谱图进行比较，根据比较结果判断是否存在干扰信号。

优选地，所述拾音采集模块包括依次连接的拾音器、频带限制电路、音频处理电路，所述音频处理电路与超声波信号处理模块连接。

优选地，所述超声波信号处理模块包括依次连接的超声波驱动电路、信号采集电路、功率放大电路、超声波传感微控制器，所述超声波驱动电路与音频处理电路连接，所述超声波传感微控制器与PC计算机连接。

优选地，所述信号采集电路包括依次连接的回波前置放大电路、对数放大电路、信号滤波整形电路，所述回波前置放大电路与超声波驱动电路连接，所述信号滤波整形电路与功率放大电路连接。

优选地，所述超声波传感微控制器采用型号为MSP430FR6043Ti或MSP430FR5043Ti的气体超声波信号处理芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型采用的超声波信号处理电路对拾音器采集的音频信号进行阻抗匹配、放大、高速采样等处理，将处理后的信号上传至PC计算机，PC计算机将信号转换为频谱图，将该频谱图与无干扰信号的频谱图做对比，可检测出超声波计量设备在工作时是否存在干扰信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型模块框图；

图2为本实用新型拾音采集模块框图；

图3为本实用新型拾音器和频带限制电路原理图；

图4为本实用新型音频处理电路原理图；

图5为本实用新型超声波信号处理模块框图；

图6为本实用新型信号采集电路模块框图；

图7为本实用新型超声波驱动电路原理图；

图8为本实用新型回波前置放大电路原理图；

图9为本实用新型对数放大电路原理图；

图10为本实用新型信号滤波整形电路原理图；

图11为本实用新型功率放大电路原理图；

图12为本实用新型PC计算机接受到的信号曲线图；

图13为本实用新型PC计算机转换后的信号频谱图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1：

本实用新型通过下述技术方案实现，如图1-图13所示，一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，用于检测超声波计量设备在工作时超声波信号中是否有其他干扰信号，该干扰检测装置包括：拾音采集模块，用于采集音频信号；与拾音采集模块连接的超声波信号处理模块，用于对采集的音频信号进行高速采样、阻抗匹配、放大等处理；与超声波信号处理模块连接的PC计算机，接收超声波信号处理模块处理后的信号，并将该信号转换为频谱图，使用该频谱图与无干扰信号的频谱图做比较，若两者的频谱特性相一致，则说明不存在干扰，若不一致，则说明存在干扰，由此可检测出超声波计量设备中是否存在其他干扰信号。

更详细地，如图2所示，所述拾音采集模块包括依次连接的拾音器、频带限制电路、音频处理电路，所述音频处理电路与超声波信号处理模块连接。所述频带限制电路和音频处理电路用于对拾音器采集的音频信号进行稳定和滤波。

如图3所示，所述拾音器为电磁式拾音器B，与电阻R2并联；所述频带限制电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1～电容C4、放大器U1A，所述电阻R1分别与电阻R3的一端、电容C2的一端、电阻R4的一端、放大器U1A的反向输入端连接，电容C2的另一端分别与电阻R3的一端、电容C3的一端连接，电容C3的另一端、电阻R4的另一端分别与放大器U1A的输出端连接；所述放大器U1A的正向输入端分别与电容C1和拾音器连接；放大器U1A的输出端还与电容 C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R5连接，且作为频带限制电路的输出端。

如图4所示，所述音频处理电路包括电阻R6～电阻R10、电容C5～C8、二极管 D1～二极管D4、三极管Q1、三极管Q2，所述频带限制电路的输出端分别与电容C5 的一端、电容C6的一端连接，电容C5的另一端分别与二极管D1的阴极、二极管 D2的阳极连接，二极管D1的阳极分别与三极管Q1的集电极和基极连接，三极管 Q1的基极还与电阻R6连接，二极管的阴极分别与电阻R10的一端、电容C7的一端、三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与电阻R7连接，三极管的发射极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管D3的阳极连接，二极管D3的另一端与二极管D4的阳极连接；电容C6的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9 的另一端与电容C8的一端连接；所述三极管Q1的发射极、电容R10的另一端、电容C7的另一端、二极管D4的阴极、电容C8的另一端均接地，所述电容的另一端作为音频处理电路的输出端。

更详细地，如图5所示，超声波信号处理模块包括依次连接的超声波驱动电路、信号采集电路、功率放大电路、超声波传感微控制器，所述超声波驱动电路与音频处理电路连接，所述超声波传感微控制器与PC计算机连接。如图6 所示，信号采集电路包括依次连接的回波前置放大电路、对数放大电路、信号滤波整形电路，所述回波前置放大电路与超声波驱动电路连接，所述信号滤波整形电路与功率放大电路连接。所述超声波驱动电路、信号采集电路对音频处理电路进行初步处理的信号进行阻抗匹配，所述功率放大电路对信号进行放大。

如图7所示，所述超声波驱动电路包括电阻R11、电阻R12、电容C9、电容C10、驱动器U2A～U2F，所述音频处理电路的输出端与驱动器U2A的输入端连接，驱动器U2A的输出端分别与驱动器U2B的输入端、驱动器U2E的输入端连接，驱动器U2B的输出端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端分别与电阻R11、驱动器 U2C的输入端连接，驱动器U2C的输出端与电容C10的一端连接，电容C10的另一端分别与电阻R12、驱动器U2D的输入端连接；所述驱动器U2E的输出端与驱动器 U2F的输入端连接，驱动器U2F的输出端与驱动器U2D的输出端连接，所述驱动器 U2D的输出端作为超声波驱动电路的输出端。

如图8所示，所述回波前置放大电路包括电阻R13～电阻R19、电容C11、电容C12、放大器U3A，所述超声波驱动电路的输出端与电阻R13的一端连接，电阻 R13的另一端分别与电阻R17的一端、电阻R18的一端、放大器U3A的正向输入端连接，电阻R17的另一端接地，电阻R18的另一端与电容C11的一端连接，电容 C11的另一端与电阻R19的一端连接，且接地；所述放大器U3A的方向输入端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端、电阻R16的一端连接，电阻R14的另一端接地，电阻R16的另一端与放大器U3A的输出端连接；所述放大器U3A的输出端还分别与电阻R19的另一端、电容C12的一端连接，电容C12的另一端作为回波前置放大电路的输出端。

如图9所示，所述对数放大电路包括电阻R20～电阻22、电容C13～电容C21、检波器U4，所述检波器U4采用型号为AD8310的对数检波器，所述回波前置放大电路的输出端与电容C13的一端连接，电容C13的另一端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端分别与电容C14的一端、电容C15的一端、检波器U4的INHI引脚连接，检波器U4的BFIN引脚分别与电阻R21的一端、电容C17的一端连接，检波器U4的VPOS引脚分别与电容C18的一端、电容C19的一端连接，所述电阻R21 的另一端、电容C17的另一端、电容C18的另一端、电容C19的另一端均接地；检波器U4的INLO引脚分别与电容C14的另一端、电容C15的另一端、电容C16的一端、电阻R22的一端连接，电容C16的另一端接地，电阻R22的另一端与电容 C20连接，电容C20的另一端接地；检波器U4的OFLT引脚与电容C21连接后接地；检波器U4的VOUT引脚作为对数放大电路输出端。

如图10所示，所述信号滤波整形电路包括电阻R23～电阻R28、电容C22、放大器U5A，所述对数放大电路输出端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端分别与电阻R24的一端、电阻R25的一段、电阻R27的一端、放大器U5A的输出端连接，放大器U5A的正向输入端分别与电阻R25的另一端、电容C22的一端连接，电容C22的另一端接地；放大器U5A的反向输入端分别与电阻R26、电阻R27的另一端、电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地；所述电阻R24的另一端作为信号滤波整形电路输出端。

如图11所示，所述功率放大电路包括电阻R29～电阻R39、电容C23～电容C26、二极管D5、三极管Q3～三极管Q7，所述信号滤波整形电路输出端与电容C23的一端连接，电容C23的另一端分别与电阻R29的一端、电阻R32的一端、三极管Q5 的基极、电阻R36的一端连接，电阻R29的另一端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极分别与二极管D5的阴极、电阻R31的一端连接，二极管D5的阳极与电阻R30的一端连接，电阻R31的另一端与电容C24 的一端连接；电阻R32的另一端分别与电阻R34的一端、电阻R33的一端连接，电阻R33的另一端与电容C25的一端连接，电阻R34的另一端与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的发射极接地；电容C25的另一端分别与电阻R35、三极管Q4 的基极连接，三极管Q4的集电极分别与电阻R30的另一端、电容C24的另一端、电容C26的一端连接；电阻R35的另一端与三极管Q6的发射极连接，三极管Q6 的基极与电阻R37的一端连接，三极管Q6的发射极还与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的基极与电阻R38的一端连接，三极管Q7的发射极还与电阻R39的一端连接；所述电阻R36的另一端分别与电阻R37的另一端、电阻R38的另一端连接；所述电容C26的另一端与电阻R39的另一端连接，且作为功率放大电路的输出端与超声波传感微控制器连接。

所述超声波传感微控制器采用型号为MSP430FR6043Ti或MSP430FR5043Ti的气体超声波信号处理芯片，该芯片集成度高，专为超声波水表、热量计和燃气表设计，且功耗低，可实现基于高速ADC的信号采样以及后续优化数字信号处理。

超声波传感微控制器将采样到的数据信号上传至PC计算机，PC计算机将接收到的如图12所示的信号转换为如图13所示的频谱图，并将该信号转换为频谱图，使用该频谱图与无干扰信号的频谱图做比较，若两者的频谱特性相一致，则说明不存在干扰，若不一致，则说明存在干扰，由此可检测出超声波计量设备中是否存在其他干扰信号。

需要说明的是，将超声波传感微控制器处理后的音频信号曲线图转换为频谱图是本领域技术人员所熟知的技术，且频谱图的比较也是简单的常规操作，该操作可以由比较电路来实现，因此本实施例仅对转换频谱图和比较的操作进行举例，不对其进行限定。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：包括：

拾音采集模块，用于采集音频信号；

与拾音采集模块连接的超声波信号处理模块，用于对采集的音频信号进行放大处理；

与超声波信号处理模块连接的PC计算机，用于将放大处理后的音频信号转换为频谱图，并将所述频谱图与无干扰信号的标准频谱图进行比较，根据比较结果判断是否存在干扰信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述拾音采集模块包括依次连接的拾音器、频带限制电路、音频处理电路，所述音频处理电路与超声波信号处理模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述超声波信号处理模块包括依次连接的超声波驱动电路、信号采集电路、功率放大电路、超声波传感微控制器，所述超声波驱动电路与音频处理电路连接，所述超声波传感微控制器与PC计算机连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述信号采集电路包括依次连接的回波前置放大电路、对数放大电路、信号滤波整形电路，所述回波前置放大电路与超声波驱动电路连接，所述信号滤波整形电路与功率放大电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述超声波传感微控制器采用型号为MSP430FR6043Ti或MSP430FR5043Ti的气体超声波信号处理芯片。

6.根据权利要求4所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述拾音器为电磁式拾音器B，与电阻R2并联；所述频带限制电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1～电容C4、放大器U1A，所述电阻R1分别与电阻R3的一端、电容C2的一端、电阻R4的一端、放大器U1A的反向输入端连接，电容C2的另一端分别与电阻R3的一端、电容C3的一端连接，电容C3的另一端、电阻R4的另一端分别与放大器U1A的输出端连接；所述放大器U1A的正向输入端分别与电容C1和拾音器连接；放大器U1A的输出端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R5连接，且作为频带限制电路的输出端。

7.根据权利要求5所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：音频处理电路包括电阻R6～电阻R10、电容C5～C8、二极管D1～二极管D4、三极管Q1、三极管Q2，所述频带限制电路的输出端分别与电容C5的一端、电容C6的一端连接，电容C5的另一端分别与二极管D1的阴极、二极管D2的阳极连接，二极管D1的阳极分别与三极管Q1的集电极和基极连接，三极管Q1的基极还与电阻R6连接，二极管的阴极分别与电阻R10的一端、电容C7的一端、三极管Q2的基极连接，三极管Q2的集电极与电阻R7连接，三极管的发射极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与二极管D3的阳极连接，二极管D3的另一端与二极管D4的阳极连接；电容C6的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电容C8的一端连接；所述三极管Q1的发射极、电容R10的另一端、电容C7的另一端、二极管D4的阴极、电容C8的另一端均接地，所述电容的另一端作为音频处理电路的输出端。

8.根据权利要求6所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述超声波驱动电路包括电阻R11、电阻R12、电容C9、电容C10、驱动器U2A～U2F，所述音频处理电路的输出端与驱动器U2A的输入端连接，驱动器U2A的输出端分别与驱动器U2B的输入端、驱动器U2E的输入端连接，驱动器U2B的输出端与电容C9的一端连接，电容C9的另一端分别与电阻R11、驱动器U2C的输入端连接，驱动器U2C的输出端与电容C10的一端连接，电容C10的另一端分别与电阻R12、驱动器U2D的输入端连接；所述驱动器U2E的输出端与驱动器U2F的输入端连接，驱动器U2F的输出端与驱动器U2D的输出端连接，所述驱动器U2D的输出端作为超声波驱动电路的输出端。

9.根据权利要求7所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：所述回波前置放大电路包括电阻R13～电阻R19、电容C11、电容C12、放大器U3A，所述超声波驱动电路的输出端与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端分别与电阻R17的一端、电阻R18的一端、放大器U3A的正向输入端连接，电阻R17的另一端接地，电阻R18的另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与电阻R19的一端连接，且接地；所述放大器U3A的方向输入端分别与电阻R14的一端、电阻R15的一端、电阻R16的一端连接，电阻R14的另一端接地，电阻R16的另一端与放大器U3A的输出端连接；所述放大器U3A的输出端还分别与电阻R19的另一端、电容C12的一端连接，电容C12的另一端作为回波前置放大电路的输出端。

10.根据权利要求8所述的一种用于超声波计量设备的干扰检测装置，其特征在于：对数放大电路包括电阻R20～电阻22、电容C13～电容C21、检波器U4，所述检波器U4采用型号为AD8310的对数检波器，所述回波前置放大电路的输出端与电容C13的一端连接，电容C13的另一端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端分别与电容C14的一端、电容C15的一端、检波器U4的INHI引脚连接，检波器U4的BFIN引脚分别与电阻R21的一端、电容C17的一端连接，检波器U4的VPOS引脚分别与电容C18的一端、电容C19的一端连接，所述电阻R21的另一端、电容C17的另一端、电容C18的另一端、电容C19的另一端均接地；检波器U4的INLO引脚分别与电容C14的另一端、电容C15的另一端、电容C16的一端、电阻R22的一端连接，电容C16的另一端接地，电阻R22的另一端与电容C20连接，电容C20的另一端接地；检波器U4的OFLT引脚与电容C21连接后接地；检波器U4的VOUT引脚作为对数放大电路输出端。

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