CN215261913U - 一种回波获取电路、流量测量电路和计量仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回波获取电路、流量测量电路和计量仪表，包括：可调放大电路根据幅值检测电路发送的增益值对接收到的回波信号进行增益，发送至幅值检测电路或阈值比较电路；幅值检测电路根据接收到的回波信号和第一幅值确定增益值发送至可调放大电路；阈值比较电路根据接收到的回波信号和幅值阈值，生成用于确定信号传播时间的回波脉冲；时间测量电路接收阈值比较电路生成的回波脉冲，根据回波脉冲确定信号传播时间。幅值检测模块根据接收到的回波信号和第一幅值确定增益值，可调放大模块根据增益值对接收到的回波信号进行对应的增益，发送至阈值比较模块，能够在超声信号的幅值发生变化时对应地调整增益，提高测量的精度和可靠性。

Description

一种回波获取电路、流量测量电路和计量仪表

技术领域

本实用新型涉及超声波测量技术领域，尤其涉及一种回波获取电路、流量测量电路和计量仪表。

背景技术

近年来，超声波流量计量产品增长迅猛，超声水表等计量仪表主要是通过测量超声波在流体中的顺流传播时间和逆流传播时间进而计算出流体的流速。因此超声波传播时间测量的准确性是影响超声水表计量准确度的重要因素。然而在实际的使用过程中，超声波信号易受温度压力、表面结垢等因素的影响，使最终接收到的超声波的回波信号的幅值发生变化，严重影响测量的精度和可靠性。

因此，需要提供一种能够提升获取到的回波信号的精度且可靠性强的回波获取电路、流量测量电路和计量仪表。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提出一种回波获取电路，包括：可调放大电路、幅值检测电路、阈值比较电路和时间测量电路；

所述可调放大电路与所述幅值检测电路和阈值比较电路连接，所述阈值比较电路还与所述时间测量电路连接；

所述可调放大电路，用于根据所述幅值检测电路发送的增益值，对接收到的回波信号进行增益，发送至所述幅值检测电路或阈值比较电路；

所述幅值检测电路，用于根据接收到的所述回波信号和第一幅值确定增益值，发送至所述可调放大电路；

所述阈值比较电路，用于根据接收到的所述回波信号和幅值阈值，生成用于确定信号传播时间的回波脉冲；

所述时间测量电路，用于接收所述阈值比较电路生成的所述回波脉冲，根据所述回波脉冲，确定信号传播时间。

优选地，所述可调放大电路包括：第一二极管、可调电位器和第一放大器；

所述可调电位器与所述第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与所述阈值比较电路以及所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极与所述幅值检测电路连接。

优选地，所述阈值比较电路包括：比较器；

所述比较器的第一输入端通过电容与所述第一放大器的输出端连接，所述比较器的第二输入端输入所述幅值阈值，所述比较器的输出端与所述时间测量电路连接。

优选地，还包括固定放大电路；

所述固定放大电路与所述可调放大电路连接；所述固定放大电路用于对接收到的所述回波信号根据固定的增益进行放大，发送至所述可调放大电路；

所述固定放大电路包括第二放大器；

所述第二放大器的输出端与所述可调放大电路连接。

优选地，还包括：滤波电路；

所述滤波电路与所述固定放大电路连接；所述滤波电路用于对接收到的所述回波信号进行滤波，发至所述固定放大电路；

所述滤波电路包括：滤波子电路和第三放大器；

所述滤波子电路的一端与所述第三放大器的输入端连接；所述第三放大器的输出端与所述固定放大电路连接。

优选地，还包括：脉冲发射电路和多个超声换能器；

所述脉冲发射电路与多个所述超声换能器连接，用于向所述超声换能器发射与所述超声换能器的谐振频率相匹配的激励脉冲；

所述超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，并将接收到的超声波转化为回波信号，发送至所述滤波电路。

优选地，多个所述超声换能器，包括：上游超声换能器和下游超声换能器；

所述上游超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出；接收所述下游超声换能器发出的超声波，转化为第一回波信号；

所述下游超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，接收所述上游超声换能器发出的超声波，转化为第二回波信号。

为解决以上问题，本实用新型提出一种流量测量电路，包括：主控电路和上述的一种回波获取电路；

所述主控电路包括微控制器；

所述主控电路用于确定流量。

为解决以上问题，本实用新型还提出一种计量仪表，包括上述的流量测量电路。

与现有技术相比，本实用新型所公开的用于超声波计量仪表的回波获取电路通过幅值检测电路根据接收到的回波信号和第一幅值确定增益值，可调放大电路根据增益值，对接收到的回波信号进行对应的增益，发送至阈值比较电路，能够在超声信号的幅值发生变化时，对应地调整增益，提高测量的精度和可靠性，从而避免由于固定增益而导致的当超声信号的幅值发生变化时由于无法检测到正确的信号而致使计量失败。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方案的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的示意图；

图2是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的可调放大电路的连接示意图；

图3是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的阈值比较电路的连接示意图；

图4是本实用新型提供的另一种超声波计量仪表的回波获取电路的示意框图；

图5是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的固定放大电路的连接示意图；

图6是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的滤波电路的连接示意图；

图7是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的回波获取电路的超声换能器的示意图；

图8是本实用新型提供的一种超声波计量仪表的流量测量电路的示意图。

附图标记说明

100可调放大电路 R4第四电阻

200幅值检测电路 R5第五电阻

300阈值比较电路 R6第六电阻

400时间测量电路 R7第七电阻

500固定放大电路 R8第八电阻

600滤波电路 R9第九电阻

610滤波子电路 R10第十电阻

700脉冲发射电路 C1第一电容

800超声换能器 C2第二电容

810上游超声换能器 C3第三电容

820下游超声换能器 C4第四电容

900主控电路 C5第五电容

U1可调电位器 C6第六电容

U2第一放大器 C7第七电容

U3比较器 C8第八电容

U4第二放大器 C9第九电容

U5第三放大器 C10第十电容

D1第一二极管 C11第十一电容

R1第一电阻 VCC电源电压

R2第二电阻 GND接地

R3第三电阻

具体实施方式

下面结合参照附图对本实用新型的示例性实施方式作进一步的说明。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

下面将结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

第一方面，如图1所示，本实用新型提出一种回波获取电路，包括：可调放大电路100、幅值检测电路200、阈值比较电路300和时间测量电路400。可调放大电路100与幅值检测电路200和阈值比较电路300连接，所述阈值比较电路300还与时间测量电路400连接。可调放大电路100，用于根据幅值检测电路200发送的增益值，对接收到的回波信号进行增益，发送至幅值检测电路200或阈值比较电路300。幅值检测电路200，用于根据接收到的回波信号和第一幅值确定增益值，发送至可调放大电路100。阈值比较电路300，用于根据接收到的回波信号和幅值阈值，生成用于确定信号传播时间的回波脉冲。时间测量电路400，用于接收阈值比较电路300生成的回波脉冲，根据回波脉冲，确定信号传播时间，其中信号传播时间中的信号发送时间已知。由于回波脉冲信号中有多个回波脉冲，优选地，选择第四、五、六个回波脉冲的到达时间计算平均值，作为最终的传播时间。

第一幅值根据实际需要进行设定。增益值G＝第一幅值Vg/回波信号的幅值V。幅值检测模块将增益值发送至可调放大模块，若可调放大模块之前所使用的增益值与幅值检测模块发送的增益值相同，则可调放大模块将根据之前的增益值进行放大的回波信号发送至阈值比较模块；若可调放大模块之前所使用的增益值与幅值检测模块发送的增益值不同，则可调放大模块继续接收新的回波信号，根据新收到的增益值对，对新收到的回波信号进行对应放大，发送至阈值比较模块。对于用于计算增益值G的回波信号的幅值V，若此回波信号的幅值V为可调放大模块接收到的回波信号的幅值，则当可调放大模块之前所使用的增益值与幅值检测模块发送的增益值不同时，可调放大模块继续接收新的回波信号，使用新的增益值对接收到的新的回波信号进行增益；若此回波信号的幅值V为可调放大模块进行增益后输出的回波信号的幅值，则当可调放大模块之前所使用的增益值与幅值检测模块发送的增益值不同时，可调放大模块继续接收新的回波信号，使用新的增益值与旧的增益值相乘后的值，对接收到的新的回波信号进行增益。

阈值比较模块对接收到的经过可调放大模块增益后的回波信号的幅值与幅值阈值进行比较，若经过可调放大模块增益后的回波信号的幅值大于等于幅值阈值，则生成回波脉冲信号，其中，回波脉冲信号为方波信号。幅值阈值为预设的固定值。

如图2所示，可调放大电路100包括：第一二极管D1、可调电位器U1和第一放大器U2。可调电位器U1与第一放大器U2的输入端连接，第一放大器U2的输出端与阈值比较电路300以及第一二极管D1的阳极连接。第一二极管D1的阴极与幅值检测电路200连接。可调放大电路100还包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3。第一电阻R1的一端与第一电容C1的一端连接，第一电阻R1的另一端与可调电位器U1的LA引脚(引脚13)连接。第二电阻R2的一端与第一放大器U2的输出端以及以及第一二极管D1的阳极连接，第二电阻R2的另一端与第一放大器U2的反相输入端(-In端)以及可调电位器U1的WA引脚(引脚14)连接。第三电阻R3的一端、第三电容C3的一端和第一二极管D1的阴极均与幅值检测电路200连接。第二电容C2的一端与第一放大器U2的正电源输入端(V+端)以及电源电压VCC连接，第二电容C2的另一端接地GND。第一放大器U2的正向输入端输入电压AVCC，负电压输入端(-V端)接地GND。第一电容C1的另一端与固定放大电路500连接。第三电容C3的另一端接地GND。

如图3所示，阈值比较电路300包括：比较器U3。比较器U3的第一输入端通过电容与第一放大器U2的输出端连接，比较器U3的第二输入端输入幅值阈值，比较器U3的输出端与时间测量电路400连接。阈值比较电路300还包括：第四电容C4、第五电容C5和第四电阻R4。第四电容C4的一端与第一放大器U2的输出端连接，第四电容C4的另一端与比较器U3的正相输入端(IN+)连接。比较器U3的VCC引脚(引脚1)、LE端(引脚5)和第五电容C5的一端均与电源电压VCC连接，第五电容C5的另一端接地GND。比较器U3的输出引脚(引脚7)和第四电阻R4的一端均与时间测量电路400连接，第四电阻R4的另一端和比较器U3的GND引脚(引脚4)均接地GND。

如图4所示，本申请的实施方式还包括固定放大电路500。固定放大电路500与可调放大电路100连接；固定放大电路500用于对接收到的回波信号根据固定的增益进行放大，发送至可调放大电路100。

如图5所示，固定放大电路500包括第二放大器U4。第二放大器U4的输出端与可调放大电路100连接。固定放大电路500还包括：第五电阻R5、第六电阻R6和第六电容C6。第二放大器U4的反相输入端(-In端)与第五电阻R5的一端以及第六电阻R6的一端连接，正电源输入端(V+端)与第六电容C6的一端均与电源电压VCC连接。第二放大器U4的输出端与第六电阻R6的另一端以及第一电容C1的另一端连接。第二放大器U4的正向输入端输入电压AVCC，负电压输入端(-V端)接地GND。第六电容C6的另一端接地GND。第五电阻R5的另一端与滤波电路600连接。

如图4所示，本申请的实施方式还包括：滤波电路600。滤波电路600与固定放大电路500连接；滤波电路600用于对接收到的回波信号进行滤波，发至固定放大电路500。

如图6所示，滤波电路600包括：滤波子电路610和第三放大器U5。滤波子电路610的一端与第三放大器U5的输入端连接，滤波子电路610的另一端与超声换能器连接。第三放大器U5的输出端与固定放大电路500连接。滤波电路600还包括：第七电容C7、第八电容C8和第七电阻R7。第三放大器U5的正向输入端输入电压AVCC，负电压输入端(-V端)接地GND。第三放大器U5的正电源输入端(V+端)与第八电容C8的一端均与电源电压VCC连接。第三放大器U5的输出端与第七电容C7的一端、第七电阻R7的一端以及滤波子电路610连接。第三放大器U5的反相输入端(-In端)与第七电阻R7的另一端以及滤波子电路610连接。

滤波子电路610包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第九电容C9、第十电容C10和第十一电容C11。第八电阻R8的一端与第九电容C9的一端均与超声换能器800连接，第九电容C9的另一端与第九电阻R9连接。第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的一端、第十电容C10的一端以及第十一电容C11的一端连接。第十电容C10的另一端与第三放大器U5的输出端连接，第十一电容C11的另一端与第三放大器U5的反相输入端(-In端)连接。第八电阻R8的另一端和第十电阻R10的另一端均接地GND。

如图4所示，本申请的实施方式还包括：脉冲发射电路700和多个超声换能器800。

脉冲发射电路700与多个超声换能器800连接，用于向超声换能器800发射与超声换能器800的谐振频率相匹配的激励脉冲。

超声换能器800用于根据脉冲发射电路700发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，并将接收到的超声波转化为回波信号，发送至滤波电路600。

如图7所示，多个超声换能器800，包括：上游超声换能器810和下游超声换能器820。

上游超声换能器810用于根据脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出；接收下游超声换能器820发出的超声波，转化为第一回波信号。

下游超声换能器820用于根据脉冲发射电路700发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，接收上游超声换能器810发出的超声波，转化为第二回波信号。

超声波信号从上游换能器发出，到达下游换能器的时间为顺流传播时间，反之，超声波信号从下游换能器发出，到达上游换能器的时间为逆流传播时间。本申请的实施方式至少需要一对(两个)超声换能器800，一个布置在管道上游，作为上游超声换能器810，一个布置在管道下游，作为下游超声换能器820，分别激励两个换能器并在对向的换能器接收回波信号，测量激励到接收的时间即可得到顺流传播时间和逆流传播时间。

第二方面，本实用新型提出一种流量测量电路，如图8所示，包括：主控电路900和上述的一种回波获取电路。主控电路900包括微控制器。主控电路900用于确定流量。主控电路900与时间测量电路400以及脉冲发射电路700连接，根据测得的上游的超声波信号传播时间和下游的超声波信号传播时间，计算流量。主控电路900还可以通过模数采样，从幅值检测电路200中获取回波信号的幅值，根据增益值调整可调放大电路100的增益。

下面，对本申请实施例进行进一步说明。

以上游超声换能器810首先发送超声波信号为例。上游超声换能器810发送超声波信号，下游超声换能器820接收到此超声波后，将其转换为第二回波信号。可调放大电路100根据现有的第一增益值对接收到的第二回波信号进行放大后，先发送至幅值检测电路200；幅值检测电路200根据接收到的放大后的第二回波信号和第一幅值确定第二增益值，发送至可调放大电路100。上游超声换能器810再次发送超声波信号，下游超声换能器820接收到此超声波后，将其转换为第二回波信号，再次发送至可调放大电路100。可调放大电路100根据第二增益值对再次接收到的第二回波信号进行放大后，发送至阈值比较电路300。阈值比较电路300根据接收到的回波信号和幅值阈值，生成下游的回波脉冲信号。时间测量电路400根据下游的回波脉冲信号，确定信号传播时间，作为顺流传播时间。

下游超声换能器820发送超声波信号，上游超声换能器810接收到此超声波后，将其转换为第一回波信号。可调放大电路100根据现有的第一增益值对接收到的第一回波信号进行放大后，先发送至幅值检测电路200；幅值检测电路200根据接收到的放大后的第一回波信号和第一幅值确定第二增益值，发送至可调放大电路100。下游超声换能器820再次发送超声波信号，上游超声换能器810接收到此超声波后，将其转换为第一回波信号，再次发送至可调放大电路100。可调放大电路100根据第二增益值对再次接收到的第二回波信号进行放大后，发送至阈值比较电路300。阈值比较电路300根据接收到的回波信号和幅值阈值，生成上游的回波脉冲信号。时间测量电路400根据上游的回波脉冲信号，确定信号传播时间，作为逆流传播时间。

可以通过主控电路900控制脉冲发射电路700，从而使上游超声换能器810或下游超声换能器820发送超声波信号。

最终，主控电路900根据测得的上游的超声波信号传播时间(顺流传播时间)和下游的超声波信号传播时间(逆流传播时间)，计算流量。

第三方面，本申请的实用新型提出一种计量仪表，包括上述的流量测量电路。

本实施例的益处在于，能够幅值检测电路根据接收到的回波信号和第一幅值确定增益值，可调放大电路根据增益值，对接收到的回波信号进行对应的增益，发送至阈值比较电路。能够在超声信号的幅值发生变化时，对应地调整增益，提高测量的精度和可靠性，从而避免由于固定增益而导致的当超声信号的幅值发生变化时由于无法检测到正确的信号而致使计量失败。由于幅值检测电路和可调放大电路的增益，使得经过可调放大电路的回波信号的幅值会固定在第一幅值Vg附近。由于经过可调放大电路的回波信号的幅值的大小和阈值比较模中的幅值阈值的大小都是固定的，因此能够保证得到的回波脉冲信号稳定可靠，从而保证最终的流量测量的精度。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种回波获取电路，其特征在于，包括：可调放大电路、幅值检测电路、阈值比较电路和时间测量电路；

所述可调放大电路与所述幅值检测电路和阈值比较电路连接，所述阈值比较电路还与所述时间测量电路连接；

所述可调放大电路，用于根据所述幅值检测电路发送的增益值，对接收到的回波信号进行增益，发送至所述幅值检测电路或阈值比较电路；

所述幅值检测电路，用于根据接收到的所述回波信号和第一幅值确定增益值，发送至所述可调放大电路；

所述阈值比较电路，用于根据接收到的所述回波信号和幅值阈值，生成用于确定信号传播时间的回波脉冲；

所述时间测量电路，用于接收所述阈值比较电路生成的所述回波脉冲，根据所述回波脉冲，确定信号传播时间。

2.根据权利要求1所述的回波获取电路，其特征在于，所述可调放大电路包括：第一二极管、可调电位器和第一放大器；

所述可调电位器与所述第一放大器的输入端连接，所述第一放大器的输出端与所述阈值比较电路以及所述第一二极管的阳极连接；

所述第一二极管的阴极与所述幅值检测电路连接。

3.根据权利要求2所述的回波获取电路，其特征在于，所述阈值比较电路包括：比较器；

所述比较器的第一输入端通过电容与所述第一放大器的输出端连接，所述比较器的第二输入端输入所述幅值阈值，所述比较器的输出端与所述时间测量电路连接。

4.根据权利要求1所述的回波获取电路，其特征在于，还包括固定放大电路；

所述固定放大电路与所述可调放大电路连接；所述固定放大电路用于对接收到的所述回波信号根据固定的增益进行放大，发送至所述可调放大电路；

所述固定放大电路包括第二放大器；

所述第二放大器的输出端与所述可调放大电路连接。

5.根据权利要求4所述的回波获取电路，其特征在于，还包括：滤波电路；

所述滤波电路与所述固定放大电路连接；所述滤波电路用于对接收到的所述回波信号进行滤波，发至所述固定放大电路；

所述滤波电路包括：滤波子电路和第三放大器；

所述滤波子电路的一端与所述第三放大器的输入端连接；所述第三放大器的输出端与所述固定放大电路连接。

6.根据权利要求5所述的回波获取电路，其特征在于，还包括：脉冲发射电路和多个超声换能器；

所述脉冲发射电路与多个所述超声换能器连接，用于向所述超声换能器发射与所述超声换能器的谐振频率相匹配的激励脉冲；

所述超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，并将接收到的超声波转化为回波信号，发送至所述滤波电路。

7.根据权利要求6所述的回波获取电路，其特征在于，多个所述超声换能器，包括：上游超声换能器和下游超声换能器；

所述上游超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出；接收所述下游超声换能器发出的超声波，转化为第一回波信号；

所述下游超声换能器用于根据所述脉冲发射电路发送的激励脉冲生成超声波信号并发出，接收所述上游超声换能器发出的超声波，转化为第二回波信号。

8.一种流量测量电路，其特征在于，包括主控电路和根据权利要求1至7中任一项所述的一种回波获取电路；

所述主控电路包括微控制器；

所述主控电路用于确定流量。

9.一种计量仪表，其特征在于，包括：根据权利要求8所述的流量测量电路。

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