一种超声波流量计装置的制作方法

本技术涉及一种流量计，尤其涉及一种超声波流量计。

背景技术：

1、当前，时差法超声波流量计作为一种速度式仪表，近年来得到了快速地发展。超声波流量计具有测量始动流量低，大口径环境下的适应性能好、性价比高，不受流体物理性质和化学性质的影响，如黏度、导电性及腐蚀性等优点；对于大口径超声波流量计，随着口径的增加，传播距离增大，超声波在介质中的衰减也越大，超声波探头上接收到的回波信号就会越弱。为了提高测量精度，在回波处理时中往往采取提高放大倍数的方法。但是单纯的提高放大倍数，回波信号得到了放大，电路中和超声波频率相近的噪声也同样会被放大。大部分的超声波流量计在信号放大到一定幅值以后，常采用阈值法判断回波信号的位置，即把回波信号与一个阈值电压进行比较的方法，当回波信号超过阈值电压则认为此信号为回波信号。然而当噪声的幅值达到阈值以后，噪声同样也被当作回波信号，而用阈值确定回波位置的方法也与回波信号的幅值有着直接的关系，回波信号幅值的波动则可能导致回波信号位置的误判，导致错波现象的发生，从而导致流量测量的不准确。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种超声波流量计装置旨在通过将超声波流量计内部的回波的接收和再处理，从而去去除传统回波中的噪声，并将信号放大，提高流量测量的准确性。

2、为解决上述技术问题，本实用新型的提供技术方案是：

3、一种超声波流量计装置，由装置主体和测量芯片组成；所述测量芯片镶嵌在装置主体上，执行发射、接收和处理声波的功能；所述装置主体上设置有发射探头和接收探头，连接所述测量芯片；所述测量芯片上设置有单片机、时间芯片、变压器、高压电子开关、放大滤波器、自动增益调整器、全波整形器、过零比较器、电压跟随器、包络整波串联电路和幅值检测电路；其中所述单片机的第一输入输出端连接所述时间芯片的第一输入输出端，用于控制及接收时间脉冲信号；所述时间芯片的第二输出端连接所述变压器的输入端，用于输出高压发射脉冲信号；所述高压电子开关的第一输入端连接所述单片的第二输入端，同时连接所述发射探头和接收探头，用于控制所述发射探头和接收探头的开关；所述高压电子开关的第二输入端连接所述变压器的输出端，用于将所述变压器上的高压脉冲信号传输至所述发射探头中；所述高压电子开关的第三输出输入端与所述发射探头和接收探头相连接，用于接收和发射脉冲信号；所述放大滤波器的输入端与所述高压电子开关的第四输出端相连接，用于将接收的回波信号进行放大并滤掉低频噪声；所述自动增益调整器的输入端与所述放大滤波器的输出端连接，用于将被放大的回波的峰值自动调整为固定值；所述全波整形器的输入端与所述过零比较器的输出端和所述自动增益调整器的输出端相连接，用于把回波信号的负向信号反转到正向；所述幅值检测电路的输入端与所述电压跟随器的输出端连接，同时其输出端与所述单片机主电路的第四输入端连接，用于检测被放大后的信号的回波峰值；所述包络整波串联电路的输入端连接所述电压跟随器，接收整波后的脉冲信号并提取包络信号特征，其输出端通过与门连接所述时间芯片相连接。

4、进一步的，所述包络整波串联电路包括包络检波电路、窗口电路、减法器、微分电路、单限比较器和d触发器；其中所述包络检波电路的输入端与所述电压跟随器的输出端相连接，用于将整形后的回波信号提取出回波信号的包络；所述窗口电路的输入端与所述包络检波电路的第一输出端相连接，同时其输出端与所述d触发器的输入端连接，用于获得回波信号的窗口并输送到所述d触发器；所述减法器与所述微分电路和单限比较器相串联，所述减法器的输入端与所述包络检波电路的第二输出端相连接，用于提取包络信号的特征，并通过所述单限比较器输送到所述d触发器中；所述d触发器的输入端分别与所述窗口电路和单限比较器相连接，用于接收回波信号的窗口和方波信号；所述d触发器通过与门与所述时间芯片相连接；

5、所述包络整波串联电路由第四运算放大器、第一比较器、第二比较器、触发器、连接电阻和连接电容组成，所述第四运算放大器设置为a型和b型；所述运算放大器和比较器均设置有三个连接极，分别为第一极即输出极、第二极即负极和第三极即正极；

6、其中所述包络检波电路和减法器内设置有a型第四运算放大器，所述a型第四运算放大器的第二极和第三极向外连接所述幅值检测电路，第一极向外连接所述微分电路；

7、所述微分电路内设置有b型第四运算放大器，所述b型第四运算放大器的第二极连接所述a型第四运算放大器的第一极，第三极连接额定正电压，第一极向外连接单限比较器；

8、所述单限比较器内设置有第二比较器，所述第二比较器的第二极和第三极同时连接所述b型第四运算放大器的第一极，所述第二比较器的第一极向外连接所述d触发器；

9、所述d触发器内设置有触发器，所述触发器的时钟输入端与所述第二比较器的第一极相连接；

10、所述窗口电路内设置有第一比较器，所述第一比较器的第二极和第三极同时连接所述包络检波电路和减法器，所述第一比较器的第一极与所述触发器的信号输入端相连接。

11、所述d触发器的输出端输出一个方波信号，此方波信号的上升沿为回波信号变化率最大的位置；与门将所述d触发器输出的方波信号与所述过零比较器所产生的方波信号进行相与，提取出回波信号幅值变化率最大位置后的过零点脉冲信号。

12、所述时间芯片接收与门输出的脉冲信号，把回波信号幅值变化率最大位置后的第一个过零点作为回波信号的准确位置，并计算出超声波的传播时间；所述单片机通过读取时间芯片中的超声波传播时间，根据正逆程的传播时间计算出管道中流体的流量。

13、进一步的，所述减法器所提取的包络信号特征为回波信号变化率最大的位置，在回波变化率最大的位置产生一个方波脉冲。

14、进一步的，所述自动增益调整器将回波的峰值调整至0.8v。

15、进一步的，所述单片机采用型号为msp430f，所述时间芯片采用型号为tdc-gp22。

16、进一步的，所述放大滤波器采用低压cmos器件，其型号为adg734bruz。

17、进一步的，所述自动增益调整器包括第一模拟开关、第二模拟开关、第一运算放大器、连接电阻和电容；所述第一模拟开关、第二模拟开关和第一运算放大器均设置为a型和b型；所述模拟开关设置有四个端口，分别为连接开关的控制端、导通的导通端、连接信号调理器的调制端和接地端，调制端和接地端均向外连接，控制端和导通端接入电路；所述运算放大器设置有三个连接极，分别为第一极即输出极、第二极即负极和第三极即正极；其中所述a型第一模拟开关和b型第一模拟开关的控制端相互连接，所述a型第一模拟开关的导通端与所述a型第一运算放大器的第二极相连接，所述b型第一模拟开关的导通端与所述的a型第一运算放大器的第一极相连接；所述a型第一运算放大器和b型第一运算放大器的第三极相互连接，同时所述a型第一运算放大器的第一极与所述b型第一运算放大器的第二极相连接；所述a型第二模拟开关和b型第二模拟开关的控制端相互连接，所述a型第二模拟开关的导通端与所述b型第一运算放大器的第二极相连接，所述b型第二模拟开关的导通端与所述的b型第一运算放大器的第一极相连接；所述a型第一运算放大器的第三极向外连接所述放大滤波器；所述b型第一运算放大器的第一极向外连接所述全波整形器。

18、进一步的，所述全波整形器包括第二运算放大器、第三运算放大器、第三模拟开关、连接电阻和电容；所述第二运算放大器、所述第三运算放大器和第三模拟开关均设置为a型和b型；所述模拟开关设置有四个端口，分别为连接开关的控制端、导通的导通端、连接信号调理器的调制端和接地端，调制端和接地端均向外连接，控制端和导通端接入电路；所述运算放大器设置有三个连接极，分别为第一极即输出极、第二极即负极和第三极即正极；其中，所述a型第三模拟开关和b型第三模拟开关的导通端相连接，同时向外连接所述电压跟随器；所述b型第三模拟开关的控制端与a型第二运算放大器的第二极；所述a型第二运算放大器的第一极与b型第二运算放大器的第二极相连接，同时两者的第三极相互连接；所述b型第二运算放大器的第一极与所述a型第三模拟开关的控制端相连接；所述的a型第二运算放大器的第二、三极向外连接所述自动增益调整器；所述b型第三运算放大器的第二极和第三极相连接地，第一极与所述a型第三运算放大器的第三极相连接，所述a型第三运算放大器的第一极与所述包络整波串联电路相连接。

19、进一步的，所述幅值检测电路包括第一信号放大晶体管、第二信号放大晶体管、连接电阻和连接电容；信号放大晶体管设置有三个连接极，分别为基极、集电极和发射极；其中所述第一信号放大晶体管的基极相外连接所述电压跟随器，集电极与所述第二信号放大晶体管的基极相连接，发射极与所述第二信号放大晶体管的集电极相连接，所述第二信号放大晶体管的发射极向向外连接额定电压。

20、进一步的，所述过零比较器内的比较器采用型号为max987euk-t。

21、本实用新型取得的有益效果：本实用新型提供的一种超声波流量计装置，通过滤波放大器、自动增益调整器和全波整形器对发出的超声波回波进行处理，得到去除杂音的可使用的回波数据，然后通过包络整波串联电路来提取窗口信号和特征信号，再与回波信号进行相与，传回单片机利用正逆程的传播时间计算出管道中流体的流量，如此就可以极大的减小杂音对回波的干扰，同时有可以针对小值的波差进行测量，提高流量计的准确性。