TW201207385A - Ultrasonic phase-shift detection device - Google Patents

Description

201207385 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種憤測裝置，尤指一種用於偵測超音 波相位偏移之偵測裝置。 【先前技術】 右欲測量流體的濃度或流速等狀態，習知可使用超音 波流量計對流體進行量測，其係於流體中發射超音波信號 並偵測其於流體中的相位偏移’由於流體的濃度或流速改 變會使射入的超音波信號產生相位差，因此藉由量測其相 位偏移即可推測流體在濃度或流速上的改變。 請參照圖1 ’圖1係習知之超音波流量計丨之示意圖。如 圖1所不，超音波流量計i包括一微處理器n、一流體管！ 2、 一放大器13、以及一計數器14 ;微處理器n連接至流體管 12及計數器14，放大器13連接至流體管12及計數器M。其 中，流體管】2包括一發射端丨2丨、一接收端丨22、一流入口 123 '以及一流出口丨24，發射端丨2丨及接收端丨22分別用以 發射及接收超音波信號，流入口 1 23及流出口 124分別供一 流體流入及流出。其中，流體係佈滿於流體管丨2之中；微 處理器丨1產生並驅動發射端丨21發射超音波信號，同時通知 計數器14開始計數；當接收端丨22接收到超音波信號時，傳 送主放大器丨3進行放大’並通知計數器丨4停止計數；計數 器1 4將§十數結果以一數位結果信號輸出。上述款體控制的 程序相當複雜’使用時必須經常調整及校正參數，並且習 201207385 二=波流量計於硬雜製造時即需設計於所欲進行流趙 、置内。此外，若使用者需要類比信號的量測結 果，則必須外加硬體線路以進行信號轉換。 發明人麦因於此，本於積極發明之精神，亟思_種使 用程序簡易、可同時提供類比及數位量測結果、且為獨立 =之「超音波相位偏移之谓測裝置」，幾經研究實驗 〜至元成此項嘉惠世人之發明。 【發明内容】 本考X明之主要目的係在提供—種超音波相位偏移之伯 測裝置，其係用以偵測超音波信號的相位偏移，進而可由 其偵 '測結果對流體在濃度或流速 依據本發明之-特色，本發明係提供一 it波相位 =移之偵測裝置’包括：一時脈產生器，用以產生—時脈 t號’-除頻器’係連接至時脈產生器，用以將時脈產生 裔所產生之時脈信號進行除頻’以將其頻率降至—預定頻 率’進而產生頻率為預定頻率之—輸入之超音波信號；一 第一計數器’係連接至除頻器，用以接收除頻後之時脈信 號=進行計數；-比較器，係連接至第—計數器，用以二 幸乂第- 3十數器之計數值與一預定數目’並於第—計數器之 6十數值小於或等於預定數目時，傳送輸人之超音波信號； 相位偵測器’係連接至比較器，用以接收輸入之超音波 信號與一傳遞後之超音波信號’並將輸入之超音波信i與 傳遞後之超音波信號進行相位比較，然後產生類比結果信 201207385 號以供偵測裝置輸出；以及一第二計數器，係連接至相位 偵測器’用以對由相則貞測器所傳送之類比結果信號進行 計數，並產生數位結果信號以供偵測裝置輸出。 在本發明之一實施例中，比較器係將輸入之超音波信 號同時傳送至相位比較器及一流體管内之一發射端。 在本發明之-實施例中，相位伯測器所接收之傳遞後 之超a波k號係來自於流體管内之一接收端。 【實施方式】 請參閱圖2’圖2係本發明一較佳實施例之超音波相位 偏移之偵測裝置2之示意圖。如圖2所示，本發明之超音波 相位偏移之偵測裝置2係連接至流體管9,偵測裝置2包括一 時脈產生器2丨、一除頻器22、一第一計數器23、一比較器 24、-相位侦測器25以及一第二計數器％，流體管9包括一 發射端9! ' 一接收端92、一流入口 93以及一流出口 94。時 脈產生器2 1連接至除頻器22及第二計數器26，第一計數器 23連接至除頻器22以及比較器24，比較器24連接至發射端 9 1以及相位偵測器2 5，相位偵測器2 5連接至發射端91以及 接收端92,第二計數器26連接至相位偵測器25。 其中，一流體係佈滿於流體管9之中，且其係由流入口 93流入，並由流出口94流出。使用者首先依所需於比較器 24設定一預定數目，以對由發射端9丨所發出的超音波信號 的個數進行設定。時脈產生器21產生時脈信號，其頻率係 為例如20MHz，但不限於此，只要是大於⑽反㈦者均可；除 201207385 頻器22接收時脈信號並對其進行除頻，以將其頻率降至預 定頻率，進而產生頻率為預定頻率的一輸入之超音波信 號，預定頻率係為例如4〇KHz，但不限於此，只要是大於 HZ者均可；第—計數器23接收除頻後的時脈信號以進 灯什數；比較器24對第-計數器的計數值與所設定的預定 數目進行比較，並於第一計數器的計數值小於或等於所設 定的預定數目時，將輪入之超音波信號同時傳送至發射端 91以及相位偵測器25 ;發射端9丨係於流體管9中發射輸入之 超音波信號，輸入之超音波信號係經流體而由接收端％接 收為傳遞後之超音波信號，，然後傳送至相則貞測器&相 位谓測器25對由比較ϋ24所傳送的輸人之超音波信號、以 及由接收端92所傳送的傳遞後之超音波信號進行相位比 較，然後產生類比結果信冑以供偵測裝置2輸出，並同時將 類比結果信號傳送至第二計數器26 ;第二計數器％係對所 接收的類比結果信號進行計數’並依據時脈信號之頻率以 及其計數值產生數位結果信號供偵測裝置2輸出；偵測裝置 2輸出類比結果信號以及數位結果信號。 本發明之超音波相位偏移之偵測裝置2所輸出的類比 結果信號係由相位積測器25對所接收的輸入之超音波信號 以及傳遞後之超音波信號進行之相位比較而產生，請^ 圖3 ’圖3係本發明一較佳實施例之超音波相位偏移之偵測 裝置之相位偵測器之相位比較之示意圖。在圖3中，（句為 :位偵測器25所接收的輸入之超音波信號，(Β)為相位偵測 器25所接收的傳遞後之超音波信號，（c)為相位偵測器乃 201207385 所產生的類比結果信號；其中，當輸人之超音波信號觸發 為高電位時，相位偵測器25將類比結果信號觸發為高電 位，並且當傳遞後之超音波信號觸發為高電位時相位偵 測裔25將類比結果信號觸發為低電位，進而可產生代表相 位偏移的類比結果信號。在圖3中，⑼係、第二計數器麟 收由相位偵測器25所產生的類比結果信號並進行計數；當 第一计數盗26接收類比結果信號，其係於類比結果信號為 高電位時進行計數，並依據其計數值以及時脈產生器2丨所 產生之輸入之超音波信號之頻率進行計算而產生數位結果 信號。 使用者亦可將預定數目設定為一相對大的數值，以將 本發明之超音波相位偏移之偵測裝置2設定為連續模式， 由此設定’比較H24連續傳送輸人之超音波信號，以由發 射器91持續於流體管9中發射；相位偵測器25持續對輸入之 超音波信號與傳遞後之超音波信號的進行相位比較，並連 續輸出類比結果信號。 本發明之超音波相位偏移之偵測裝置2較佳係為一可 程式邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD)，例如一 複雜可程式邏輯裝置（Comp丨ex Pr〇grammab丨e乙〇仏 Device ’ CPLD)，其係可於-積體電路内實現各種運算和 組合邏輯。因此，本發明之超音波相位偏移之偵測裝置2 的所有控制及執行程序，包括超音波信號的產生及輸入/ 輸出、相位比較、以及結果信號的輸出’僅需一複雜可程 式邏輯裝置積體電路（CPLD 1C)即可實現。 201207385 而在實際應用上，本發明之超音波相位偏移之偵測裝 置係為-獨立裝置’其可直接外接於其他裝置上以進行僧 ^例如組設於-製氧機内以對其所製出的氧氣濃度進行 里測’由於本發明之偵測裝置可設置於-複雜可程式邏輯 裝置積體電路（CPLDIC)中而不需微處理器，因此對於例 如製k機等，裝置的薇商來說，本發明可有效降低製造成 本’並且更簡化了習知的量測程序。3外，本發明可同時 將量測結果以類比信號與數位信號兩種方式輸出在後續 的信號處理上更較習知彈性且方便。 再者’習知係由微處理器產生時脈信號，其頻率易受 微處理器本身的時脈影響’但本發明之债測裝置係以—獨 的寺脈產生ϋ產生時脈信號’且時脈信號的頻率可依使 用者所需進行調整，因此本發明之偵測裝置更可彈性調整 量測的精準度。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以巾請專利範_料準，而非僅限 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係習知之超音波流量計之示意圖。 圖锊本ι月較佳貫靶例之超音波相位偏移之偵測裝置 之示意圖。 Ώ τ本心月車又佳貫把例之超音波相位偏移之偵測裝置 之相位偵測器之相位比較之示意圖。 201207385 【主要元件符號說明】 1超音波流量計 11 微處理器 12流體管 121 發射端 122接收端 123 流入口 124流出口 13 放大器 14計數器 2偵測裝置 21時脈產生器 22 除頻器 23第一計數器 24 比較器 25相位偵測器 26 第二計數 9流體管 91 發射端 92接收端 93 流入口 94流出口

Claims (1)

1. 201207385 七、申請專利範圍： κ 一種超音波相位偏移之偵測裝置，包括 -時脈產生器’用以產生—時脈信號； 一除頻器，係連接至該時脈產生 生器所產生之該時脈信號進行除頻， 定頻率，進而產生頻率為該預定頻率 號； 器’用以將該時脈產 以將其頻率降至—預 之—輸入之超音波信 罘一

   , 計數11，係連接至該除㈣，㈣接收該除―目 後之時脈信號以進行計數； ’、， 二比較器’係連接至該第_計數器，用以比較該第— 计數器之計數值與一預定數目， 〇〇 π , & » 於。亥第—计數器之計數 值小於或寺於該預定數目時，傳 丨予、β輸八之超音波信號； -相位偵測器’係連接至該比較器用以接收該輸入 之超音波信號以及-傳遞後之超音波信號，並將該輸入之 ，音心號與該傳遞後之超音波信號進行相位比較，然後 產生一類比結果信號以供該偵測裝置輸出；以及 Τ第二計數器，係連接至該相位相器，用以對由兮 相位偵測㈣“之該類比結果”進行計數， 數位結果信號以供該偵測裝置輸出。 °χ 如中請專利範圍^項所述之偵測裝置其中該比 較器‘將泫輸入之超音波信號同時傳 ^ -流體管内之一發射端。 '至该相位偵測器及 201207385 3. 如申請專利範圍第2項所述之偵測裝置，其中該相 位債測器所接收之該傳遞後之超音波信號㈣自於該韻 管内之一接收端。 4. 如申請專利範圍第丨項所述之偵測裝置，其中該類 比結果信號係由該相位偵測器對該輸人之超音波信號二及 該傳遞後之超音波信號進行之相位比較而產生，當中，當 。玄輸入之超音波信號觸發為高電位時，該類比結果信號觸 發為高電位’當該傳遞後之超音波信號觸發為高電位時， s玄類比結果信號觸發為低電位。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之偵測裝置，其中該第 二計數器係連接至該時脈產生器，以得知該輸人之超音波 信號之頻率。 6·如申請專利範圍第5項所述之偵測裝置其中該數 位結果信號係由該第二計數_依據該輪入之超音波信號 之頻率以及其計數值所產生。 7·如申請專利範圍^項所述之偵測裝置，係為一複 雜可程式邏輯裝置（CPLD)。 8.如申請專利範圍第丨項所述之偵測裝置，立中該預 定數目係彈性可調整。 9·。如申請專利範圍第！項所述之偵測裝置，其中該時 脈產生器所產生之該時脈信號之頻率係彈性可調整。 10.如申請專利範圍第！項所述之_^ Μ㈣ 入之時脈信號之頻率係大於20ΚΗΖ。 201207385 1 1.如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該超 音波信號之頻率係大於20KHZ。

   八、圖式（請見下頁）：