高分辨率时间测量、处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是一种高分辨率时间测量、处理装置，包括：振荡器、换能器、信号处理器和信号解析器；振荡器，用于产生预定频率的振荡；换能器，用于将所述振荡转换成另一种形式的能量信号，并能够发送和接收该种能量信号；信号处理器，用于根据所述换能器发送后接收的回波能量信号进行信号处理；信号解析器，用于将所述信号处理器处理后的信号进行解析得到时间测量结果，并进一步处理得到处理结果；所述信号解析器能够控制所述信号处理器的打开/关断。具有电路简单，成本低廉，测量精度高，测量时间快，耗电小等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在流体中顺流与逆流的传播时差測量流体流量的计量仪表，以及其他一切需要高分辨率测量时间的
，具体涉及ー种高分辨率时间测量、处理装置。
技术介绍
随着电子技术发展，电子元器件成本大幅降低，低成本、高精度超声波流量计制造技术日趋成熟，应用日益广泛，开始逐步进入诸如热量表、水表、燃气表这类极其广阔的民用计量仪表市场。在热量表、水表、燃气表应用中，超声波流量计测量液体/气体流量的基本方法是时差法。即在流动的液体/气体中，超声波沿顺流方向传播和沿逆流方向传播的速度是不同的。顺流的速度是超声波在静态液体/气体中速度与液体/气体流速之和，逆流的速度 是超声波在静态液体/气体中速度与液体/气体流速之差。因此，超声波在ニ点间沿顺流方向传播和沿逆流方向传播的时间不同，測量出这ニ个时间之差，就可以计算出液体/气体的流速，流量。超声波在ニ点传播时差通常是非常小的。特别是小口径的热量表、水表、燃气表，ニ点间距离(即所谓声程)小，流速低，时差的分辨率要求达到皮秒(PS)级，这对时间测量电路要求很高。目前超声波流量计中使用的測量超声波传播时差电路一般为声环绕法或ー种型号为GP2的时间数字转换器1C。前者用“接力”方式扩大时差，从而降低对测量时差的分辨率要求；后者以信号通过逻辑门电路的时间作为时间测量单位，可使时间测量分辨率达到65ps。但是这ニ种方法都有局限，前者测量时间过长，本质上是以时间换精度，能量消耗较大,制造小口径电池供电仪表时,对电池容量要求较高，拉高了成本；后者的分辨率仍不能满足制造更高性能仪表要求，而且成本较高，成为低端市场接受的障碍。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本技术要解决的技术问题是提供ー种高分辨率、低成本、低耗电的时间测量、处理装置。( ニ )技术方案为了解决上述技术问题，本技术提供ー种高分辨率时间测量、处理装置，包括振荡器、换能器、信号处理器和信号解析器；振荡器，用于产生预定频率的振荡；换能器，用于将所述振荡转换成另ー种形式的能量信号，井能够发送和接收该种能量信号；信号处理器，用于根据所述换能器发送后接收的回波能量信号进行信号处理；信号解析器，用于将所述信号处理器处理后的信号进行解析得到时间测量結果，并进ー步处理得到处理结果；所述信号解析器能够控制所述信号处理器的打开/关断。优选地，所述振荡器的主频上限大于等于16MHz。优选地，所述换能器能够将振荡转换成但不限于超声波、激光或电磁波。优选地，所述信号处理器包括可关断恒流源和电容；当所述信号解析器控制可关断恒流源打开时，所述可关断恒流源以电流对电容充电；当所迷信号解析器控制可关断恒流源关断吋，得到并存储所述电容电压转换值后，所述电容放电。优选地，所述处理结果为但不限于流量、距离或电路断路定位。优选地，所述装置应用于超声波流量測量，所述换能器包括两个超声波换能器。优选地，所述振荡器和信号解析器集成于MCU中；所述信号处理器包括可关断恒流源和电容；所述MCU和超声波换能器之间还设有功率放大器和模拟开关；所述换能器和可关断恒流源之间还设有放大/比较器和逻辑门电路，所述逻辑门电路包括三个与非门。优选地，MCU —方面向功率放大器输出预定频率的方波作功率放大，一方面启动内部计数器开始对内部高频时钟计数；功率放大器输出的方波经过受MCU控制的模拟开关驱动超声波第一换能器/第二换能器发出超声波信号；超声波信号在液体/气体流经的管道中传播到第二换能器/第一换能器，在相应换能器信器上感应出电信号，该电信号输入到放太/比较器，经比较器整形得到预定频率的方波输出到第一与非门；当第一与非门的时钟控制输入端为高电平时，方波的上升沿启动可关断恒流源，开始以电流对电容充电，并给MCU发出中断请求信号；可关断恒流源另ー控制端和第二与非门的输出端连接，第二与非门的两输入端一个接收MCU的高频时钟输出，另ー个与可关断恒流源flag端连接；当可关断恒流源处于打开状态吋，flag端为高电平，第二与非门允许高频时钟脉冲通过，打开可关断恒流源后的第一个高频时钟脉冲通过第二与非门关断可关断恒流源；这样，被打开的可关断恒流源在ー个MCU时钟周期内被关断，电容的电压充到V。。优选地，MCU接收中断请求信号后，立即转入中断处理，启动ADC对电容上电压进行模数转换，得到并存储转换值；控制放电开关闭合，放掉电容上电荷，使电容上电压归零，为下一次測量做准备。(三)有益效果本技术高分辨率时间测量、处理装置的分辨率可达17ps，仅用较廉价的单片机(MCU)及少量周边元件，就可以完成精度高于GP2的超声波传播时间测量，而且电能消耗远低于声环绕法。因而同时具备并高于声环绕法和GP2及其系列产品D的优点，且成本低，电路简单，測量时间快，耗电小。本技术还可应用到其他一切需要高分辨率测量时间的
，例如，激光测距、电缆断路定位等等。附图说明图I为本技术装置的结构框图；图2为本技术装置一实施例的电路原理图；图3为本技术装置一实施例中可关断电源的电路图；图4为本技术装置一实施例的电路时序图；具体实施方式以下结合附图和实施例，对本技术的具体实施方式作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不是限制本技术的范围。如图I所示，本技术所述的高分辨率时间测量、处理装置，包括振荡器、换能器、信号处理器和信号解析器；振荡器，用于产生预定频率的振荡；换能器，用于将所述振荡转换成另ー种形式的能量信号，井能够发送和接收该种能量信号；信号处理器，用于根据所述换能器发送后接收的回波能量信号进行信号处理；信号解析器，用于将所述信号处理器处理后的信号进行解析得到时间测量結果，并进ー步处理得到处理结果；所述信号解析器能够控制所述信号处理器的打开/关断。本技术装置可应用于超声波热量表、超声波水表、超声波燃气表等应用超声波在流体(液体或气体)中顺流与逆流的传播时差測量流体流量的计量仪表，本技术还可应用到其他一切需要高分辨率测量时间的
，例如，激光测距、电缆断路定位等 坐寸ο所述振荡器的主频上限大于等于16MHz。所述换能器能够将振荡转换成但不限于超声波、激光或电磁波。所述处理结果为但不限于流量、距离或电路断路定位。所述信号处理器可以包括可关断恒流源和电容；当所迷信号解析器控制可关断恒流源打开时，所述可关断恒流源以电流对电容充电；当所迷信号解析器控制可关断恒流源关断时，得到并存储所述电容电压转换值后，所述电容放电。如图2所示，在本技术一实施例中，单片机(MCU)内部高频震荡经分频后得到IMHz频率的方波。測量开始后，单片机(MCU) —方面向功放电路输出IMHz频率的方波作功率放大,一方面启动内部计数器开始对内部高频时钟计数。功放电路输出的IMHz频率的方波经模拟开关Ul (受MCU的控制)驱动换能器I/换能器2发出超声波信号。超声波在液体/气体流经的管道中传播到另ー换能器2/换能器I，在此换能器信器上感应出正弦波电信号。这个正弦波电信号输入到放太/比较器，经比较器整形得到IMHz频率的方波输出到与非门U3-1。当U3-1的时钟控制输入端为高电平时，方波的上升沿启动可关断恒流源(实施例如图3所示)，开始以电流I对电容C充电，并给单片机(MCU)发出中断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种高分辨率时间测量、处理装置，其特征在于，包括振荡器、换能器、信号处理器和信号解析器； 振荡器，用于产生预定频率的振荡； 换能器，用于将所述振荡转换成另ー种形式的能量信号，井能够发送和接收该种能量信号; 信号处理器，用于根据所述换能器发送后接收的回波能量信号进行信号处理； 信号解析器，用于将所述信号处理器处理后的信号进行解析得到时间测量结果，并进一步处理得到处理结果；所述信号解析器能够控制所述信号处理器的打开/关断。2.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述振荡器的主频上限大于等于16MHz。3.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述换能器能够将振荡转换成但不限于超声波、激光或电磁波。4.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述信号处理器包括可关断恒流源和电容；当所述信号解析器控制可关断恒流源打开时，所述可关断恒流源以电流对电容充电；当所述信号解析器控制可关断恒流源关断时，得到并存储所述电容电压转换值后，所述电容放电。5.如权利要求I所述的装置，其特征在于，所述处理结果为但不限于流量、距离或电路断路定位。6.如权利要求1-5中任意一项所述的装置，其特征在干，应用于超声波流量測量，所述换能器包括两个超声波换能器。7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述振荡器和信号解析器集成于MCU中；所述信号处理器包括可关断恒流源和电容；所述MCU和超声波换能器之间还设有功率放大器和模拟开关；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤天顺，
申请(专利权)人：北京嘉洁能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：