一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于超声波脉冲法检测甲烷浓度的装置，包括收发一体的单通道超声波探头，超声波驱动电路，信号处理电路，微处理器，时间测量模块，显示装置，所述的收发一体的单通道超声波探头包括超声波发射探头和超声波接收探头，所述的超声波驱动电路由一个方波振荡器和驱动电路组成，所述的信号处理电路包含放大电路和去噪电路，所述的时间测量模块主要采用超声波脉冲法来测量气体浓度，所述的微处理器用于完成时间测量模块的配置和控制以及超声脉冲的驱动，本发明专利技术可有效解决现有甲烷报警器中灵敏度低稳定性差的问题，同时采用单通道脉冲法可以有效解决双通道相位差法中超声波反射的问题，提高报警器的灵敏度。

A device for measuring methane concentration based on ultrasonic pulse method

The invention relates to a device for ultrasonic pulse method of methane concentration detection based on single channel ultrasonic probe includes a transceiver, ultrasonic driving circuit, signal processing circuit, microprocessor, time measurement module, display device, the transceiver of the single channel ultrasonic probe comprises the ultrasonic transmitting probe and receiving ultrasonic probe, ultrasonic said the drive circuit consists of a Fang Bo oscillator and driving circuit, signal processing circuit, the amplifying circuit and the circuit includes denoising, time measurement module mainly uses the pulse ultrasonic method to measure the gas concentration, the microprocessor is used to configure and control the completion time measurement module and ultrasonic pulse driver of the invention can effectively solve the problem of low sensitivity and poor stability of the existing methane alarm problem, at the same time by single channel The pulse method can effectively solve the problem of ultrasonic reflection in the dual channel phase difference method and improve the sensitivity of the alarm.

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置
本专利技术涉及煤矿开采安全保证
，具体涉及一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置。
技术介绍
查阅相关文献可知，目前国内外的天燃气报警检测仪普遍采用的是催化式传感器，而这类传感器普遍存在长期稳定性差、功耗高、寿命短、报警不及时等问题，给燃气安全带来了极大的隐患。针对现有天燃气检测技术普遍存在的问题，本文创新性地提出了一种新型检测方法——超声波脉冲法，超声波在不同浓度的甲烷气体中传播速度不同，根据这个原理，将超声波在气体中的传播速度转化为时间，用测得的时间变化来反映气体浓度的变化，超声波脉冲法相比于超声波相位差法精度更高，同时避免了因超声波在测量通道内发生反射而引起的误差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，以解决现有天燃气报警器具有稳定性差可靠性低精度低的问题，为家居生活，采矿等高危作业提供安全保证。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，包括收发一体的单通道超声波探头（1），超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），微处理器（4），时间测量模块（5），显示装置（6），其特征在于：收发一体的单通道超声波探头（1）包含超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），超声波驱动电路（2）由一个方波振荡器（201）和驱动电路（202）组成，信号处理电路（3）包含放大电路（301）和去噪电路（302）；微处理器（4）与超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），时间测量模块（5）以及显示装置（6）相连接；微处理器（4）对时间测量模块（5）进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量模块（5）的start端口与超声波发射探头（101）相连，时间测量模块（5）stop端口与超声波接收探头（102）相连接。进一步地，超声波发射探头（101）在驱动电路（202）的驱动下发射超声波脉冲给超声波接收探头（102），同时也将发射脉冲输入到时间测量模块（5）的start端口，触发时间测量，脉冲到达了超声波接收探头（102）则给时间测量模块（5）一个Stop信号，此时时间测量完成，时间测量结果传回微处理器（4）进行甲烷浓度的精确计算，并将结果用显示装置（6）显示出来。进一步地，收发一体的单通道超声波探头（1）为单通道非封闭式超声波探头，超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102）的选用频率为40kHz。进一步地，方波振荡器（201）为驱动电路（202）提供驱动信号，驱动电路（202）与超声波发射探头（101）相连，超声波在被测介质中传播，穿过重重的介质层，或被介质层反射后，超声波接收探头（102）将接收到的声波信号传给信号处理电路（3）。进一步地，超声波接收探头（102）将接收的信号传给放大电路（301），放大电路（301）将信号放大后传给去噪电路（302），信号经过一系列处理后输出到微处理器（4）通过软件算法处理，实现被测介质浓度或其他性质的测量。进一步地，信号处理电路（3）与超声波驱动电路（2）均由微处理器（4）的内部模块提供，微处理器（4）在该专利技术中还应完成时间测量模块（5）的配置和控制功能，超声波的驱动脉冲由微处理器（4）内部的比较/捕获模块的脉宽调制模式产生。进一步地，时间测量模块（5）与微处理器（4）及收发一体的单通道超声波探头（1）相连接，时间测量模块（5）的寄存器配置以及时间测量由微处理器（4）控制，时间测量模块（5）主要采用超声波脉冲法来测量气体浓度，超声波发射探头（101）给时间测量模块（5）一组脉冲信号，这组脉冲信号可以是5-7个，每隔1s发送一次，当超声波接收探头（102）接收到超声波发射探头（101）发射来的信号时，时间测量模块（5）停止信号采集，时间测量结束，微处理器（4）将时间测量模块（5）测量的时间处理后发送给显示装置（6），由显示装置（6）将甲烷浓度显示出来。本专利技术的有益效果是：本专利技术创新性地将单通道超声波脉冲法技术应用到了可燃气体检测环节，极大地利用单片机片内部资源进行超声波驱动脉冲的产生以及整个系统的控制，采用时间数字转换芯片TDC-GP21进行时间的测量，在提高测量精度的同时大大降低了功耗，在此基础上设计的单通道超声波甲烷浓度检测装置具有电路简单，成本低廉，测量精度高，使用方便的优点，这使得甲烷检测仪的开发又有了新的可行性技术，为家庭燃气使用、工业煤矿开采提供了更加可靠的保障。附图说明附图1为本专利技术的系统结构示意图；附图中，各标号所代表的部件列表如下：收发一体的单通道超声波探头（1），超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），超声波驱动电路（2），方波振荡器（201）和驱动电路（202），信号处理电路（3），放大电路（301）和去噪电路（302），微处理器（4），时间测量模块（5），显示装置（6）。具体实施方式以下结合附图1对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，包括收发一体的单通道超声波探头（1），超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），微处理器（4），时间测量模块（5），显示装置（6），其特征在于：收发一体的单通道超声波探头（1）包含超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），超声波驱动电路（2）由一个方波振荡器（201）和驱动电路（202）组成，信号处理电路（3）包含放大电路（301）和去噪电路（302），微处理器（4）与超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），时间测量模块（5）以及显示装置（6）相连接，微处理器（4）对时间测量模块（5）进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量模块（5）的start端口与超声波发射探头（101）相连，stop端口与超声波接收探头（102）相连接，超声波发射探头（101）在驱动电路（202）的驱动下发射超声波脉冲给超声波接收探头（102），同时也将发射脉冲输入到时间测量模块（5）的start端口，触发时间测量，脉冲到达了超声波接收探头（102）则给时间测量模块（5）一个Stop信号，此时时间测量完成，时间测量结果经信号处理电路（3）传回微处理器（4）进行甲烷浓度的精确计算，并将结果用显示装置（6）显示出来。所述的收发一体的单通道超声波探头（1）包含超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），本专利技术选用两个频率为40kHz的收发一体的非封闭式超声波探头分别做为发射和接收探头，单通道非封闭式的测量方法节省资源的情况下稳定性更高。所述的超声波驱动电路（2）由一个方波振荡器（201）和驱动电路（202）组成，方波振荡器（201）为驱动电路（202）提供驱动信号，驱动电路（202）使方波信号稳定并与超声波发射探头（101）相连，超声波在被测介质中传播，穿过重重的介质层，或被介质层反射后，超声波接收探头（102）将接收到的声波信号传给信号处理电路（3），在本专利技术中采用单片机的内部集成PWM电路来实现方波驱动，超声波驱动电路由捕捉/比较/PWM输出模块完成，结合单片机的Timer2模块资源，配合带8位可编程预分频器的8位定时器/计数器Timer0能得到合适的脉冲信号。所述信号处理电路（3）包含放大电路（301）和去噪电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，包括收发一体的单通道超声波探头（1），超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），微处理器（4），时间测量模块（5），显示装置（6），其特征在于：收发一体的单通道超声波探头（1）包含超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），超声波驱动电路（2）由一个方波振荡器（201）和驱动电路（202）组成，信号处理电路（3）包含放大电路（301）和去噪电路（302）；微处理器（4）与超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），时间测量模块（5）以及显示装置（6）相连接；微处理器（4）对时间测量模块（5）进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量模块（5）的start 端口与超声波发射探头（101）相连，时间测量模块（5）stop端口与超声波接收探头（102）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，包括收发一体的单通道超声波探头（1），超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），微处理器（4），时间测量模块（5），显示装置（6），其特征在于：收发一体的单通道超声波探头（1）包含超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102），超声波驱动电路（2）由一个方波振荡器（201）和驱动电路（202）组成，信号处理电路（3）包含放大电路（301）和去噪电路（302）；微处理器（4）与超声波驱动电路（2），信号处理电路（3），时间测量模块（5）以及显示装置（6）相连接；微处理器（4）对时间测量模块（5）进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量模块（5）的start端口与超声波发射探头（101）相连，时间测量模块（5）stop端口与超声波接收探头（102）相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，其特征在于：超声波发射探头（101）在驱动电路（202）的驱动下发射超声波脉冲给超声波接收探头（102），同时也将发射脉冲输入到时间测量模块（5）的start端口，触发时间测量，脉冲到达了超声波接收探头（102）则给时间测量模块（5）一个Stop信号，此时时间测量完成，时间测量结果传回微处理器（4）进行甲烷浓度的精确计算，并将结果用显示装置（6）显示出来。3.根据权利要求1所述的一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，其特征在于：收发一体的单通道超声波探头（1）为单通道非封闭式超声波探头，超声波发射探头（101）和超声波接收探头（102）的选用频率为40kHz。4.根据权利要求1所述的一种基于超声波脉冲法测甲烷浓度的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁喜波，李博宸，蔡庆瑶，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23