气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气体超声波流量计领域，尤其涉及一种气体超声波流量计换能器接收 信号强度自动增益控制方法。
【背景技术】
[0002] 气体超声波流量计采用时差法测量气体流速，基本原理是测量超声波脉冲在顺 气体流动方向和逆气体流动方向中的时间差来反应流速，从而测出流量。图9所示为超声 波流量计时差法测流速的示意图，从第一换能器开始发送脉冲到第二换能器接收到脉冲信 号的时间为tl，从第二换能器发送脉冲到第一换能器接收到脉冲信号的时间为t2。tl与 t2之差为Zt，其与管道内流体流速关系如式1所示：
【主权项】
1. 一种气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法，其特征在于：采用 了如下系统，该系统包括DSP数据处理器、FPGA电路、发射换能器、接收换能器、DA转换器、 AD转换器、功率放大电路、数字式增益控制电路、存储器，所述DSP数据处理器的第一输出 端与FPGA电路的第一输入端连接，所述FPGA电路的第一输出端与DA转换器的输入端连 接，所述DA转换器的输出端经功率放大电路与发射换能器的输入端连接，所述发射换能器 用于发送超声脉冲信号给接收换能器，所述接收换能器的输出端经数字式增益控制电路与 AD转换器输入端连接，所述AD转换器输出端与FPGA电路的第二输入端连接，所述FPGA电 路的第二输出端与DSP数据处理器连接，所述DSP数据处理器的第二输出端与数字式增益 控制电路连接，所述DSP数据处理器与存储器连接； 采用上述系统实现气体超声波流量计流速测量的方法，包括W下步骤： 1) 在存储器中存储接收信号强度的基准幅值、初始驱动幅值、最大驱动幅值W及驱动 幅值的增量，根据接收信号强度的基准幅值设定符合驱动要求的阀值； 2) 启动超声波流量计进行流速测量，DSP数据处理器发送初始驱动幅值命令给FPGA ; 3. FPGA根据DSP数据处理器的命令传输相应强度的正弦波信号给DA转换器，DA转换 器输出响应频率和幅值的正弦波信号经功率放大后驱动发射换能器； 4) 接收换能器接收发射换能器的信号发生压电转换，输出接收信号，接收信号经数字 式增益控制电路输入到AD转换器，FPGA采样AD转换器的AD采样值并传输给DSP数据处 理器； 5. DSP数据处理器判断接收信号的AD采样值是否符合设定的阀值； 51) 当DSP数据处理器检测到的接收信号的AD采样值符合设定的阀值时，DSP数据处 理器要求FPGA继续W该正弦波幅值数据驱动M转换器输出，完成流速测量； 52) 当DSP数据处理器检测到的接收信号的AD采样值不符合设定的阀值时，DSP数据 处理器继续判断DA转换器输出幅值是否达到设定的最大驱动幅值； 521) 若DA转换器输出幅值没有达到设定的最大驱动幅值，DSP数据处理器采取的步 骤是；在初始驱动幅值的基础上，W设定的增量不断增加DA转换器输出正弦波驱动信号的 幅值，使发射端换能器所获得的驱动能量增强，接收端信号强度也增强，同时，DSP数据处理 器检测每次接收信号的AD采样值是否达到设定的阀值，当DA转换器输出正弦波驱动信号 的幅值增加到一幅值时，此时，DSP数据处理器检测到接收端信号强度增加至设定的阀值， 则DSP数据处理器要求FPGA W该幅值的正弦波驱动信号驱动DA转换器输出，完成流速测 量； 522) 若DA幅值达到设定的最大驱动幅值时，DSP数据处理器采取的步骤是；DSP数据 处理器通过增大数字式增益控制电路的放大倍数实现换能器接收端信号强度的放大，从 而使AD转换器的输入信号增强，当AD转换器检测到经信号放大后的峰值电压达到设定的 阀值，DSP数据处理器即W此放大倍数作为接收信号的默认放大增益，完成流速测量，并 将其写入存储器。
2. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；步骤1)中设定的符合驱动要求的阀值位于基准幅值的80°/一K)%的范围内。
3. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；步骤1)中设定的初始驱动幅值为4V，最大驱动幅值为8V，驱动幅值的增量为 0. 5V〇
4. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述数字式增益控制电路包括有源滤波器、数字式增益控制放大器，数字式增 益控制电路接收换能器的接收信号经过滤波、放大后输出给AD转换器。
5. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述DSP数据处理器采用型号为TMS32(F28335的数据处理器。
6. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述FPGA电路采用型号为EP4CE10的FPGA芯片。
7. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述DA转换器采用型号为AD9760AR的数模转换器。
8. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述AD转换器采用型号为ADC12DL040CIVS的模数转换器。
9. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法， 其特征在于；所述功率放大电路包括运放（U24)、电流放大器（U25) W及若干电阻、电容，所 述运放（U24)的同相输入端与第76个电阻（R76)的一端连接，第76个电阻（R76)的另一端 分别与第77个电阻（R77)的一端、第85个电容C85)的一端连接，第77个电阻（R77)的另 一端接地，第85个电容C85)的另一端分别与DA转换器的输出端、第74个电阻（R74)的一 端、第84个电容C84)的一端连接，第74个电阻（R74)的另一端、第84个电容C84)的另 一端均接地，所述运放（U24)的反相输入端分别与第75个电阻（R75)的一端、第78个电阻 (R78)的一端连接，第75个电阻（R75)的另一端接地，第78个电阻（R78)的另一端与运放 (U24)的输出端连接，运放（U24)的输出端经第79个电阻（R79)与电流放大器（U25)的输 入端连接，电流放大器（U25)的输出端与发射换能器连接。
10. 根据权利要求1所述的气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方 法，其特征在于：所述存储器为邸存储器，所述邸存储器的型号为FM25L04。
【专利摘要】一种气体超声波流量计换能器接收信号强度自动增益控制方法，采用的系统包括DSP数据处理器、FPGA、发射换能器、接收换能器、DA转换器、AD转换器、功率放大电路、数字式增益控制电路，DSP数据处理器的第一输出端与FPGA的第一输入端连接，FPGA的第一输出端与DA转换器输入端连接，DA转换器的输出端经功率放大电路与发射换能器输入端连接，所述发射换能器用于发送超声脉冲信号给接收换能器，接收换能器的输出端经数字式增益控制电路与AD转换器输入端连接，数字式增益控制电路与DSP数据处理器连接，AD转换器输出端与FPGA的第二输入端连接，FPGA的第二输出端与DSP数据处理器连接，所述DSP数据处理器与存储器连接。本方法提高了测量的准确性。
【IPC分类】G01F1-66, H03G3-20
【公开号】CN104601131
【申请号】CN201410807182
【发明人】赵俊奎, 张宇, 王波
【申请人】重庆川仪自动化股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月23日