WO2006021266A1 - Method and device for the highly accurate digital measurement of an analogue signal - Google Patents

Method and device for the highly accurate digital measurement of an analogue signal Download PDF

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WO2006021266A1 PCT/EP2005/007515 EP2005007515W WO2006021266A1 WO 2006021266 A1 WO2006021266 A1 WO 2006021266A1 EP 2005007515 W EP2005007515 W EP 2005007515W WO 2006021266 A1 WO2006021266 A1 WO 2006021266A1
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Abstract

The invention relates to a method for the highly accurate digital measurement of an analogue signal and to a corresponding device. A measuring clock pulse (fM) is generated from a clock pulse signal (fT). In a first calibration step, a capacitor (C) is charged with a constant current (IK) during the entire period of the clock pulse signal (fT). The charge voltage is maintained and is converted into a digital comparison number. In a subsequent measuring step, a first portion (T1) of the duration of the analogue signal is determined as an appropriately selected, whole-numbered multiple (m) of the duration (T0) of the period of the clock pulse signal (fT). The capacitor (C) is charged with the same constant current (IK) from the end of the first portion (T1) until the occurrence on the specified flank of the received signal (fE). The charge voltage is maintained and converted into a digital measuring number. The measuring number is divided by the comparison number, which permits the duration of a second portion (T2) of the analogue signal to be calculated as a fraction of a measuring clock pulse period. The measured value of the analogue signal is calculated from the first portion (T1) and the second portion (T2).

Description

Beschreibung:Description:
Verfahren und Vorrichtung zur hochgenauen digitalen Messung eines AnalogsignalsMethod and device for high-precision digital measurement of an analog signal
Technisches Gebiet:Technical field:
Die Erfindung betrifft Verfahren zur hochgenauen digitalen Messung eines Analogsignals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zur Messung der Laufzeit eines Ultraschall-Signals durch ein Fluid. Sie betrifft ferner Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to methods for high-precision digital measurement of an analog signal according to the preamble of claim 1, in particular for measuring the transit time of an ultrasound signal through a fluid. It also relates to devices according to the preamble of claim 7 for carrying out the method.
Stand der Technik:State of the art:
Aus der DE 38 34 938 C ist eine Schaltung zur digitalen Erfassung einer analogen Information, insbesondere des Zeitabstandes zweier aufeinanderfolgender Zustände wenigstens eines Signals, bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Integrationskondensator, der während einer Ladephase über eine Parallelschaltung aus einem ersten und einem zweiten Widerstand auf eine die analoge Information repräsentierende Spannung aufgeladen wird. Mit Beendigung der Ladephase unterbricht ein in Serie zum ersten Widerstand geschalteter, von einer Steuereinrichtung gesteuerter erster Schalter den Stromfluss durch den ersten Widerstand, so dass der Integrationskondensator während der sich anschließenden Ladungsänderungsphase nur noch über den zweiten Widerstand geladen wird. Diese Weiterladung dauert so lange, bis die Kondensatorspannung einen von einem Komparator überwachten vorbestimmten Schwellwert erreicht. Da der zweite Widerstand einen größeren Widerstandswert hat als der erste Widerstand, ist die Ladezeitkonstante während der zweiten Phase größer als die Ladezeitkonstante während der ersten Phase. Während der zweiten Phase zählt ein Zähler periodische Taktpulse eines Referenztaktsignals. Das Zählergebnis des Zählers wird nach Beendigung der Ladungsänderungsphase von einer Auswerteeinrichtung ausgelesen. Nachteilig an dieser Schaltungsanordnung ist, dass die zweite Ladephase um so kürzer ausfällt, je länger die zu messende Zeitspanne ist, so dass lange Messzeiten ungenauer ausgezählt werden als kurze Messzeiten. Außerdem ist die Aufladung des Integrationskondensators über Widerstände nicht linear sondern entspricht einer e- Funktion. Aus der EP O 662 650 B ist eine Einrichtung zur Messung kleiner Zeitintervalle bekannt. Dabei wird in einem Messzyklus ein aus einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Einzelimpulsen zusammengesetztes Impulspaket zur Messung herangezogen. Die Einzelimpulse, die eine unbekannte Breite besitzen, werden zu einer sogenannten Registriersumme zusammengezählt, die gerade größer ist als ein vorgegebenes Registrierintervall. Die Registriersumme wird um einen Dehnfaktor zu einer Abtastzeit vervielfacht. Die Abtastzeit selbst wird mittels Abtastimpulsen gemessen. Abschließend wird die durchschnittliche Breite der Einzelimpulse als das zu messende Zeitintervall aus dem Verhältnis der Abtastzeit zum Produkt aus der minimalen Anzahl der Eingangsimpulse und des Dehnfaktors ermittelt. Nach einer vorbestimmten Anzahl von Messzyklen wird ein Kalibrierzyklus zur Eichung des Dehnfaktors eingeschoben. Dabei werden anstelle der Einzelimpulse unbekannter Breite Kalibrierimpulse bekannter Breite verwendet. Die offenbarte Schaltungsanordnung verwendet einen Integrationskondensator, der während aufeinanderfolgender Einzelimpulse mit Hilfe zweier Konstantstromquellen abwechselnd entladen und geladen wird, bis die Kondensatorladespannung ausgehend von einem Maximalwert einen Schwellwert unterschreitet.DE 38 34 938 C discloses a circuit for digitally recording analog information, in particular the time interval between two successive states of at least one signal. The circuit arrangement comprises an integration capacitor, which is charged during a charging phase via a parallel connection from a first and a second resistor to a voltage representing the analog information. When the charging phase ends, a first switch connected in series with the first resistor and controlled by a control device interrupts the current flow through the first resistor, so that the integration capacitor is only charged via the second resistor during the subsequent charge change phase. This further charging continues until the capacitor voltage reaches a predetermined threshold value monitored by a comparator. Since the second resistor has a larger resistance value than the first resistor, the charging time constant during the second phase is greater than the charging time constant during the first phase. During the second phase, a counter counts periodic clock pulses of a reference clock signal. The counting result of the counter is read out by an evaluation device after the end of the charge change phase. A disadvantage of this circuit arrangement is that the longer the period of time to be measured, the shorter the second charging phase, so that long measuring times are counted less precisely than short measuring times. In addition, the charging of the integration capacitor via resistors is not linear but corresponds to an e-function. A device for measuring small time intervals is known from EP O 662 650 B. In a measurement cycle, a pulse packet composed of a number of successive individual pulses is used for the measurement. The individual pulses, which have an unknown width, are added together to form a so-called registration sum, which is just larger than a predetermined registration interval. The registration sum is multiplied by an expansion factor at one sampling time. The sampling time itself is measured using sampling pulses. Finally, the average width of the individual pulses is determined as the time interval to be measured from the ratio of the sampling time to the product of the minimum number of input pulses and the expansion factor. After a predetermined number of measurement cycles, a calibration cycle for calibrating the expansion factor is inserted. Instead of the individual pulses of unknown width, calibration pulses of known width are used. The circuit arrangement disclosed uses an integration capacitor which is discharged and charged alternately during successive individual pulses with the aid of two constant current sources until the capacitor charging voltage drops below a threshold value, starting from a maximum value.
Nachteilig an dieser Schaltungsanordnung ist der relativ hohe Schaltungsaufwand, bedingt durch die Verwendung zweier Konstantstromquellen, zweier Komparatoren und zweier Referenzspannungsquellen.A disadvantage of this circuit arrangement is the relatively high circuit complexity, due to the use of two constant current sources, two comparators and two reference voltage sources.
Darstellung der Erfindung:Presentation of the invention:
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur hochgenauen, digitalen Messung eines Analogsignals anzugeben, welches mit minimalem Aufwand und in kürzest möglicher Zeit das gewünschte Messergebnis liefert, wobei die Auflösung proportional der Messdauer bleibt.The present invention is based on the object of specifying a method for high-precision, digital measurement of an analog signal which delivers the desired measurement result with minimal effort and in the shortest possible time, the resolution remaining proportional to the measurement duration.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a method with the features of claim 1.
Dank des vorliegenden Verfahrens ist es möglich, mit Taktfrequenzen, die im einstellige Megaherz-Bereich arbeiten, Messzeiten mit einer Genauigkeit im Pico-Sekundenbereich aufzulösen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Mehrzahl der dazu benötigten Hardwarekomponenten wie Taktgenerator, Taktteiler, Zähler, Analog-Digital-Wandler und Referenzspannungsquelle in handelsüblichen Mikrocontrollern serienmäßig vorhanden sind. Außerdem kann der Mikrocontroller eine Serie von aufeinanderfolgenden Messungen statistisch analysieren und auswerten, wodurch die Messgenauigkeit nochmals verbessert wird.Thanks to the present method, it is possible to resolve measurement times with an accuracy in the pico-second range with clock frequencies that operate in the single-digit megahertz range. A further advantage is that the majority of the hardware components required for this purpose, such as a clock generator, clock divider, counter, analog-digital converter and reference voltage source, are provided as standard in commercially available microcontrollers are. In addition, the microcontroller can statistically analyze and evaluate a series of successive measurements, which further improves the measurement accuracy.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin begründet, dass einer oder mehreren Messungen eine Kalibrierung unmittelbar vorgeschaltet ist. Dies bedeutet, dass allmähliche Veränderungen der Schaltungskomponenten, insbesondere des Integrationskondensators oder der Konstantstromquelle, keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit haben.Another advantage of the method according to the invention is that one or more measurements are preceded by a calibration. This means that gradual changes in the circuit components, in particular the integration capacitor or the constant current source, have no influence on the measurement accuracy.
Eine weitere Erhöhung der Messgenauigkeit in Verbindung mit einer Reduzierung des Energieverbrauchs wird erreicht, wenn die Ladung des Kondensators erst nach Ablauf einer bestimmten Anzahl von Taktsignalperioden gestartet wird. Diese bestimmte Anzahl kann entweder fest vorgegeben werden, wenn bekannt ist, in welchem Zeitintervall die zu messende Größe variiert, oder mit Hilfe des Mikrocontrollers aus einer Serie von aufeinanderfolgenden Messungen adaptiv ermittelt werden.A further increase in measurement accuracy in connection with a reduction in energy consumption is achieved if the charging of the capacitor is only started after a certain number of clock signal periods. This specific number can either be predefined if it is known in which time interval the variable to be measured varies, or can be determined adaptively from a series of successive measurements with the aid of the microcontroller.
Wie eingangs erwähnt findet das erfindungsgemäße Messverfahren eine hervorragende Anwendung bei der Messung der Laufzeit eines Ultraschall-Signals durch ein Fluid, beispielsweise bei der Verbrauchsmessung. Hierzu wird aus dem Taktsignal ein Ultraschall-Signal abgeleitet, das über eine Messtrecke zwischen einem Ultraschall- Sendewandler und einem Ultraschall-Empfangswandler geschickt wird. Das am Empfangswandler aufgenommene Signal wird im Komparator mit der Referenzspannung verglichen, wobei das Auftreten eines Signals, vorzugsweise eine bestimmte Flanke, am Ausgang des Komparators das Ende des zu messenden Zeitintervalls bedeutet.As mentioned at the outset, the measuring method according to the invention finds excellent application in measuring the transit time of an ultrasound signal through a fluid, for example in measuring consumption. For this purpose, an ultrasound signal is derived from the clock signal, which is sent over a measurement path between an ultrasound transmitter and an ultrasound receiver. The signal received at the receive converter is compared in the comparator with the reference voltage, the occurrence of a signal, preferably a certain edge, at the output of the comparator signifying the end of the time interval to be measured.
Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur hochgenauen digitalen Messung der Laufzeit eines Ultraschall-Signals durch ein Fluid, insbesondere für die Verbrauchsmessung z. B. von Trinkwasser, anzugeben. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.The present invention is also based on the object of a circuit arrangement for high-precision digital measurement of the transit time of an ultrasound signal through a fluid, in particular for consumption measurement, for. B. of drinking water. This object is achieved by a circuit arrangement with the features of claim 7.
Vorteil dieser Schaltungsanordnung ist, dass die überwiegende Mehrzahl der benötigten Hardware in handelsüblichen Mikrocontrollern serienmäßig vorhanden ist. Lediglich Komparator, Konstantstromquelle, Integrationskondensator und Umschalter müssen extern zugeschaltet werden. Die Takterzeugung, die Referenzspannungserzeugung sowie sämtliche Zähl- und Rechenvorgänge werden vom Mikrocontroller erledigt. Dies gilt auch für die statistische Auswertung von Messreihen. Ebenso lassen sich individuelle Korrekturfaktoren für die Verbrauchsmessung im Mikrocontroller hinterlegen.The advantage of this circuit arrangement is that the vast majority of the hardware required is standard in commercially available microcontrollers. Only the comparator, constant current source, integration capacitor and changeover switch have to be connected externally. The clock generation, the reference voltage generation as well all counting and arithmetic processes are done by the microcontroller. This also applies to the statistical evaluation of measurement series. Individual correction factors for consumption measurement can also be stored in the microcontroller.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigenBased on the drawing, the invention will be explained in more detail in the form of an embodiment. Show it
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals undFig. 1 shows a circuit arrangement for measuring the transit time of an ultrasonic signal and
Fig. 2 die zugehörigen Puls-Zeit-Diagramme.Fig. 2 shows the associated pulse-time diagrams.
Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit:WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION AND INDUSTRIAL APPLICABILITY:
Fig. 1 zeigt rein schematisch eine Schaltungsanordnung zur Messung der Laufzeit eines Ultraschall-Signals durch ein Fluid. Hierzu wird in einem Taktgenerator 2 ein Taktsignal fτ erzeugt. Dieses Taktsignal wird in einem Frequenzteiler 3 zu einem Messsignal fM heruntergeteilt. Ein Umschalter 13 schaltet das Messsignal fM als Ultraschall-Sendesignal USl auf einen Ultraschall-Sendewandler 10. Nach Durchlaufen einer Messstrecke 11 wird das Ultraschall-Signal von einem Ultraschall-Empfangswandler 12 aufgenommen und als Empfangssignal US2 über den Umschalter 13 an den einen Eingang eines Komparators 14 geleitet. Im Komparator 14 wird das Ultraschall-Empfangssignal US2 mit einer Referenzspannung Uref verglichen, die von einem Referenzspannungsgenerator 4 zur Verfügung gestellt wird. Des weiteren ist ein Impulszähler 5 vorgesehen, der die Taktimpulse fτ zählt, beginnend mit dem Aussenden der Ultraschall-Impulse USl. Dieser Zähler 5 gibt nach der Zeitdauer Ti einer bestimmten, für die Laufzeitmessung geeigneten Anzahl m von Taktimpulsen fτ ein Schaltsignal an das Gatter 15.Fig. 1 shows purely schematically a circuit arrangement for measuring the transit time of an ultrasonic signal through a fluid. For this purpose, a clock signal f τ is generated in a clock generator 2. This clock signal is divided down in a frequency divider 3 to a measurement signal f M. A changeover switch 13 switches the measurement signal f M as an ultrasound transmission signal US1 to an ultrasound transmission transducer 10. After passing through a measuring section 11, the ultrasound signal is picked up by an ultrasound reception transducer 12 and as a reception signal US2 via the changeover switch 13 to one input of a Comparator 14 passed. In the comparator 14, the ultrasound received signal US2 is compared with a reference voltage U ref , which is made available by a reference voltage generator 4. Furthermore, a pulse counter 5 is provided, which counts the clock pulses f τ , starting with the transmission of the ultrasonic pulses US1. After the time period Ti of a specific number m of clock pulses f τ suitable for the transit time measurement, this counter 5 outputs a switching signal to the gate 15.
Des weiteren enthält die Schaltung einen Integrationskondensator C, der von einer Konstantstromquelle 16 mit dem Konstantstrom Iκ geladen wird, sobald ein Schalter 17 geschlossen ist. Der Schalter 17 wird über ein Gatter 15 gesteuert, welches die Aufladung des Kondensators C mit dem Schaltsignal vom Zähler 5 startet und mit der nächstfolgenden Flanke vom Ausgangssignal fE des Komparators 14 stoppt. Dies bedeutet, dass zu Beginn der Ladezeit T2 der Schalter 17 geschlossen und am Ende der Ladezeit T2 wieder geöffnet wird.Furthermore, the circuit contains an integration capacitor C, which is charged by a constant current source 16 with the constant current I κ as soon as a switch 17 is closed. The switch 17 is controlled by a gate 15, which starts the charging of the capacitor C with the switching signal from the counter 5 and stops with the next edge from the output signal f E of the comparator 14. This means that at the beginning of the charging time T 2, the switch 17 is closed and opened again at the end of the charging time T 2.
Die Ladespannung des Kondensators C wird mit Hilfe einer Sample-And-Hold-Schaltung 6 gehalten. Die Ausgangsspannung der Sample-And-Hold-Schaltung wird in einem A/D- Wandler in eine Digitalzahl umgewandelt, die der Messzeit entspricht.The charging voltage of the capacitor C is held with the aid of a sample-and-hold circuit 6. The output voltage of the sample and hold circuit is converted in an A / D converter into a digital number that corresponds to the measurement time.
Die vorliegende Schaltung macht es möglich, den Integrationskondensator C innerhalb selbst sehr kurzer Messzeiten im Nano-Sekundenbereich auf eine relativ hohe Ladespannung aufzuladen. Die Ladespannung selbst kann dann anschließend mit hoher Auflösung bestimmt werden, wodurch eine Steigerung der Zeitauflösung bis in den Pico- Sekundenbereich möglich ist.The present circuit makes it possible to charge the integration capacitor C to a relatively high charging voltage within even very short measuring times in the nano-second range. The charging voltage itself can then be determined with high resolution, which makes it possible to increase the time resolution down to the picosecond range.
Sobald die Ladespannung des Kondensators C bestimmt ist, wird ein zweiter Schalter 18 geschlossen und der Kondensator C entladen.As soon as the charging voltage of the capacitor C is determined, a second switch 18 is closed and the capacitor C is discharged.
Da sich die Werte der zur Messung benötigten Schaltungskomponenten während der oft mehrjährigen Betriebszeit verändern können, wird gegebenenfalls dem Messschritt ein Kalibrierschritt vorgeschaltet. Hierzu wird der Kondensator C während einer vollen Periode der Taktfrequenz fτ geladen. Dank dieser Kalibrierung ist bekannt, in welchem Verhältnis die Ladespannung des Kondensators C zur Periodendauer der Taktfrequenz fτ steht. Durch Vergleich der Kondensator-Ladespannung während des unmittelbar nachfolgenden Messvorgangs mit dem bei einem vorangegangenen Kalibrierschritt ermittelten Wert lässt sich die Messzeit als Bruchteil einer Periodendauer der Taktfrequenz fτ errechnen. Since the values of the circuit components required for the measurement can change during the often several years of operation, a calibration step may be preceded by the measurement step. For this purpose, the capacitor C is charged during a full period of the clock frequency f τ . Thanks to this calibration, it is known what relationship the charging voltage of the capacitor C has to the period of the clock frequency f τ . By comparing the capacitor charging voltage during the immediately following measurement process with the value determined in a previous calibration step, the measurement time can be calculated as a fraction of a period of the clock frequency f τ .

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Verfahren zur hochgenauen, digitalen Messung eines Analogsignals, insbesondere der Laufzeit eines Ultraschallsignals durch ein Fluid, wenigstens umfassend die Verfahrensschritte1. Method for high-precision, digital measurement of an analog signal, in particular the transit time of an ultrasonic signal through a fluid, at least comprising the method steps
Erzeugen eines Taktsignals (fτ),Generating a clock signal (f τ ),
Erfassen und gegebenenfalls Verstärken des Analogsignals, Erzeugen eines Empfangssignals (fE), sobald das Analogsignal einen Referenzwert (Uref) überschreitet,Detecting and possibly amplifying the analog signal, generating a received signal (f E ) as soon as the analog signal exceeds a reference value (U ref ),
Aufladen eines Kondensators (C) während einer Zeitdauer T2, Halten der Ladespannung des Kondensators (C), Umwandeln der gemessenen Ladespannung in eine Digitalzahl und Entladen des Kondensators, gekennzeichnet durch die Merkmale: aus dem Taktsignal (fτ) wird durch Teilen mit dem Quotienten 2n (n = 1, 2, 3...) ein Messtakt (fM) erzeugt, in einem ersten Kalibrierschritt wird während einer vollen Periode des Taktsignals (fτ) der Kondensator (C) mit einem Konstantstrom (Iκ) geladen, die Ladespannung gehalten und in eine digitale Vergleichszahl umgewandelt, in einem darauf folgenden Messschritt wird ein erster Anteil (Ti) der Dauer des Analogsignals als geeignet gewähltes, ganzzahliges Vielfaches (m) der Periodendauer (T0) des Taktsignals (fτ) bestimmt, vom Ende des ersten Anteils (T1) bis zum Auftreten einer bestimmten Flanke des Empfangssignals (fE) der Kondensator (C) mit demselben KonstantstromCharging a capacitor (C) during a period of time T 2 , holding the charging voltage of the capacitor (C), converting the measured charging voltage into a digital number and discharging the capacitor, characterized by the features: the clock signal (f τ ) is divided by the Quotient 2 n (n = 1, 2, 3 ...) generates a measuring cycle (f M ), in a first calibration step the capacitor (C) is charged with a constant current (I κ ) during a full period of the clock signal (f τ ) charged, the charging voltage maintained and converted into a digital comparison number, in a subsequent measuring step a first portion (Ti) of the duration of the analog signal is determined as an appropriately selected, integer multiple (m) of the period (T 0 ) of the clock signal (f τ ) , from the end of the first portion (T 1 ) until the occurrence of a certain edge of the received signal (f E ) the capacitor (C) with the same constant current
(IK) geladen, die Ladespannung gehalten und in eine digitale Messzahl umgewandelt, durch Division der Messzahl durch die Vergleichszahl wird die Dauer eines zweiten Anteils (T2) des Analogsignals als Bruchteil einer Messtaktperiode errechnet und aus dem ersten Anteil (Ti) und dem zweiten Anteil (T2) die Messgröße des Analogsignals bestimmt. (I K ) charged, the charging voltage maintained and converted into a digital measurement number, by dividing the measurement number by the comparison number, the duration of a second portion (T 2 ) of the analog signal is calculated as a fraction of a measuring cycle period and from the first portion (Ti) and the second part (T 2 ) determines the measured variable of the analog signal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal : die Messgröße wird aus der Summe T1 und T2 bestimmt.2. The method according to claim 1, characterized by the feature: the measured variable is determined from the sum T 1 and T 2 .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: die Messgröße wird aus der Differenz T1 - T2 bestimmt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized by the feature: the measured variable is determined from the difference T 1 - T 2 .
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: zum Halten der Ladespannung des Kondensators (C) wird eine Sample-And-Hold- Schaltung (6) verwendet.4. The method according to claim 1, characterized by the feature: a sample-and-hold circuit (6) is used to hold the charging voltage of the capacitor (C).
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: zur Umwandlung der Kondensatorspannung in eine Digitalzahl wird ein AD- Wandler (7) verwendet.5. The method according to claim 1 or 2, characterized by the feature: an AD converter (7) is used to convert the capacitor voltage into a digital number.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals durch ein Fluid, gekennzeichnet durch die Merkmale: aus dem Taktsignal (fτ) wird ein Ultraschall-Signal (USl) abgeleitet, das Ultraschall-Signal wird über eine Messstrecke (11) zwischen einem Ultraschall- Sendewandler (10) und einem Ultraschall-Empfangswandler (12) geschickt, das Ultraschall-Empfangssignal (US2) wird im Komparator (14) mit der Referenzspannung (Uref) verglichen.6. The method according to any one of claims 1 to 5 for measuring the transit time of an ultrasound signal through a fluid, characterized by the features: an ultrasound signal (USl) is derived from the clock signal (f τ ), the ultrasound signal is via a measuring section (11) sent between an ultrasound transmitter (10) and an ultrasound receiver (12), the ultrasound received signal (US2) is compared in the comparator (14) with the reference voltage (U ref ).
7. Schaltungsanordnung zur hochgenauen digitalen Messung der Laufzeit eines Ultraschallsignals durch ein Fluid, wenigstens umfassend einen Sendewandler (10), eine Ultraschall-Messstrecke (11), einen Empfangswandler (12), einen Taktgenerator (2), eine Referenzspannung (Uref), einen Komparator (14), einen Kondensator (C), eine Einrichtung (16, 17) zum Laden des Kondensators (C), eine Einrichtung (18) zum Entladen des Kondensators (C), eine Einrichtung (6, 7) zum Messen der Kondensatorspannung, einen Zähler (5) und eine Rechen- und Steuerlogik (1), gekennzeichnet durch die Merkmale: ein Frequenzteiler (3), der aus dem Taktsignal (fτ) das Messsignal (fM) und das7. Circuit arrangement for high-precision digital measurement of the transit time of an ultrasonic signal through a fluid, at least comprising a transmitter transducer (10), an ultrasonic measuring section (11), a receiving transducer (12), a clock generator (2), a reference voltage (U ref ), a comparator (14), a capacitor (C), a device (16, 17) for charging the capacitor (C), a device (18) for discharging the capacitor (C), a device (6, 7) for measuring the Capacitor voltage, a counter (5) and an arithmetic and control logic (1), characterized by the features: a frequency divider (3) which, from the clock signal (f τ ), the measurement signal (f M ) and the
Ultraschallsignal (USl) erzeugt, eine Konstantstromquelle (16), ein Gatter (15), das die Konstantstromquelle (16) mit einem Steuersignal vom Zähler (5) nach einer geeigneten Anzahl von Taktsignal-Perioden auf den Kondensator (C) aufschaltet und beim Auftreten einer bestimmten Flanke des Ausgangssignals (fε) am Komparator (14) vom Kondensator (C) abschaltet, eine Sample-And-Hold-Schaltung (6), ein Analog-Digital-Wandler (7), der die gehaltene Kondensator-Ladespannung in eine Digitalzahl wandelt, eine Rechen- und Steuerlogik (1) bestimmt aus der Anzahl der Taktperioden und der Digitalzahl die Laufzeit des Ultraschallsignals.Ultrasound signal (USl) generates a constant current source (16), a gate (15), the constant current source (16) with a control signal from the counter (5) after a suitable number of clock signal periods on the capacitor (C) and on occurrence a certain edge of the output signal (fε) on the comparator (14) switches off from the capacitor (C), a sample-and-hold circuit (6), an analog-to-digital converter (7) which converts the held capacitor charging voltage into a Digital number converts, a computing and control logic (1) determines the running time of the ultrasonic signal from the number of clock periods and the digital number.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: ein Umschalter (13), der die Ultraschallwandler (10, 12) abwechselnd als Sendewandler und Empfangswandler schaltet. 8. Circuit arrangement according to claim 6 or 7, characterized by the feature: a changeover switch (13) which switches the ultrasonic transducers (10, 12) alternately as transmit transducers and receive transducers.
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