专利名称：超声波流量计的超声波发射接收电路的制作方法
技术领域：
超声波流量计的超声波发射接收电路，涉及超声波发射接收电路的改进，适用于 压力、温度变化范围宽、大口径、大流量气体的超声波流量计，液体浓度测量、气体组分分析 仪。
背景技术：
现在用于超声波流量计的超声波发射接收电路，一般都采用单闭环自动增益控 制，由于气体超声波流量计使用环境非常复杂，温度、压力、声程、气体流速范围变化范围非 常宽，造成回波信号的强弱波动非常大，给电路设计带来了非常大的难度，尤其是超声波发 射接收电路的声时接收一般都采用首波接收或者纯包络线电压幅值接收控制，在实际使用 中存在无法适应复杂的压力、温度、多组分气体、口径多重变化的检测环境，总是需要根据 不同检测情况，不断的更改超声波发射接收电路，更改超声波触发探头来适应不同的压力、 温度、气体组分、口径的检测情况，因此，造成现有的超声波流量计检测适应性差，生产和使 用不便，检测的精度不高。
发明内容针对现在通用的超声波发射接收电路的不足，本发明人通过长期研究，设计了一 种生产和使用方便，能够适用于不同口径、不同压力、不同气体组分和不同温度条件下进行 超声波气体流量检测的超声波流量计的超声波发射接收电路。本实用新型超声波发射接收电路由发射电路，电压调整电路，程控放大电路，接收 电路，数字滤波电路，MCU控制器，数/模转换器(DAC)，压控放大器，模/数转换器(ADC)，检 波电路，温度检测电路，压力检测电路，流量计运算单元，声时电路，可编程逻辑器(FPGA)， 时钟门构成。发射电路由MCU控制器产生脉冲驱动高压去激发换能器，触发电压可以调整，提 高发射信号的强度和接收信号的信噪比；接收电路由MCU控制器和流量计运算单元通信获 得超声探头从管道内压力和温度信号，经过模/数转换器(ADC)模糊算法确定前置程控放 大倍数，MCU控制器通过检波电路跟踪采集检波信号输出至数/模转换器(DAC)控制压控 放大器锁定信号幅值，可编程逻辑器(FPGA)根据检波信号锁定峰值，并锁定峰值对应的超 声波波峰，时钟门是频率为IOOMHz的低温漂高精度高稳定度的时钟，利用超声波的波峰过 零检测确定精度的声时，包络检波对应的超声波波峰正好是超声波的中心频率，使得这种 超声波接收处理比采用首波接收电路处理的精度要高。电路中压控放大器和检波电路组 成实时跟踪的PID内闭环自动增益系统和温度检测电路、压力检测电路、电压调整电路、压 控放大器控制范围组成模/数转换器(ADC)的外闭环自动增益系统，从而构成自适应式双 闭环数字自动增益控制，双自动增益的实现，可以使流量计针对表体的变换、温度、压力的 变换而不需要调整电路参数，提高了超声波发射和接收的电路适用范围，实现了宽压力、宽 温度、宽声程范围的自适应，而且提高了检测控制精度。峰值跟踪型过零点检测，保证了声
3时接收信号的精确性，以超声波信号的中心频率波的过零检测作为声时的控制，声时门可 控制在25nS以内，再配以IOOMHz时钟频率的低温漂高精度高稳定度的时钟和多次测量取 平均值法，可以进一步将声时门精确到IOnS的声时精度。本实用新型生产和使用方便，电路的自适应能力强，测量精度高，可广泛适用在超 声波流量计上，提高检测流量精度和量程范围，也可以适用于液体浓度测量、气体组分分析 仪。
所附图是本实用新型的实施例，图1.本实用新型电路示意图。
具体实施方式
本实用新型超声波发射接收电路由发射电路，电压调整电路，程控放大电路，接收 电路，数字滤波电路，MCU控制器，数/模转换器(DAC)，压控放大器，模/数转换器(ADC)，检 波电路，温度检测电路，压力检测电路，流量计运算单元，声时电路，可编程逻辑器(FPGA)， 时钟门构成。MCU控制器经电压调整电路与发射电路连接，MCU控制器产生脉冲驱动高压经电 压调整电路调整后由发射电路激发换能器以提高发射信号的强度和接收信号的信噪比；温 度检测电路和压力检测电路分别与将超声探头连接并经流量计运算单元与MCU控制器电 路连接，将超声探头从检测管道内测得的压力和温度信号传输给MCU控制器；MCU控制器 经程控放大电路与接收电路电路连接，由通信获得超声探头从管道内压力和温度信号；接 收电路经数字滤波电路、压控放大器与可编程逻辑器(FPGA)电路连接；时钟门采用频率为 IOOMHz的低温漂高精度高稳定度的00(0时钟，时钟门与可编程逻辑器(FPGA)电路连接， 压控放大器经检波电路、模/数转换器(ADC)与MCU控制器电路连接，组成实时跟踪的PID 内闭环自动增益系统；MCU控制器经数/模转换器(DAC)与压控放大器电路连接；可编程逻 辑器(FPGA)电路经声时电路与MCU控制器电路连接；检波电路与可编程逻辑器(FPGA)电 路。温度检测电路、压力检测电路、电压调整电路、压控放大器控制范围组成模/数转换器 (ADC)的外闭环自动增益系统，从而在电路中构成自适应双闭环数字自动增益控制，实现了 宽压力、宽温度、宽声程范围的自适应，使流量计针对表体的变换、温度、压力的变换而不需 要调整电路参数，提高了超声波发射和接收的电路适用范围，从而提高了超声检测控制精 度。采用峰值跟踪型过零点检测，以保证声时接收信号的精确性，以超声波信号的中心频率 波的过零检测作为声时的控制，声时门可控制在25nS以内，再配以IOOMHz时钟频率的低温 漂高精度高稳定度的时钟和多次测量取平均值法，可以进一步将声时门精确到IOnS的声 时精度。
权利要求1.超声波流量计的超声波发射接收电路，由发射电路，电压调整电路，程控放大电路， 接收电路，数字滤波电路，MCU控制器，数/模转换器(DAC)，压控放大器，模/数转换器 (ADC)，检波电路，温度检测电路，压力检测电路，流量计运算单元，声时电路，可编程逻辑器 (FPGA)，时钟电路构成，其特征在于压控放大器和检波电路组成实时跟踪的PID内闭环自 动增益系统和温度检测电路、压力检测电路、电压调整电路、压控放大器控制范围组成模/ 数转换器(ADC)的外闭环自动增益系统，从而构成自适应式双闭环数字自动增益控制。
2.根据权利要求1所述的超声波发射接收电路，其特征在于时钟门采用频率为 IOOMHz的低温漂高精度高稳定度的时钟。
专利摘要超声波流量计的超声波发射接收电路，涉及超声波发射接收电路的改进，适用于压力、温度变化范围宽、大口径、大流量气体的超声波流量计，液体浓度测量、气体组分分析仪。本实用新型电路通过采用温度和压力自适应双闭环自动增益控制、声时接收的峰值跟踪型过零点检测、触发电压的可调从而提高了信号的信噪比，声时的测量精度和抗干扰能力，实现了在复杂的压力、温度、多组分气体、口径多重变化检测环境的自适应。本实用新型生产和使用方便，可广泛应用于气体超声波流量计和分析仪。
文档编号G01F1/66GK201819713SQ20102052768
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年9月14日
发明者陆宝钧, 陈雄生 申请人:上海维思仪器仪表有限公司