一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置，电源供电接口与电源管理模块相连，电源管理模块分别与输入信号匹配模块、信号自动增益处理模块和输出信号匹配模块相连；信号输入接口与输入信号匹配模块相连，输入信号匹配模块与信号自动增益处理模块相连，信号自动增益处理模块与输出信号匹配模块，输出信号匹配模块分别与差分信号输出接口和单端信号输出接口相连，用于实现对输入超声波回波信号的滤波、缓冲、幅值自动增益处理、差分信号转换输出。本实用新型专利技术可以使超声波回波信号的幅值在不同气体组分、不同流道结构、不同温度时维持在一个相对稳定且合理的范围之内，为后续顺流、逆流时超声波信号传播时间的精确计量提供有力保证。精确计量提供有力保证。精确计量提供有力保证。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置


[0001]本技术涉及超声波燃气表
，具体涉及一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置。

技术介绍

[0002]超声波燃气表凭借体积小、量程宽、精度高、寿命长等优势已经成为继普通皮膜式燃气表、IC卡式燃气表、有线燃气表、无线远传燃气表之后市场上主流的燃气计量表具。
[0003]目前，时差法是超声波燃气表计量技术方案中应用最广泛的一种测量方法，具体为利用顺流、逆流时超声波信号传播时间的差值来计算出气体的流速，再结合流道尺寸数据便可计算出气体的流量。因此，顺流、逆流时超声波信号传播时间的精确计量就成为制约超声波燃气表计量精度的关键因素。
[0004]超声波信号在传输过程中幅值会发生严重衰减，造成接收端接收到的超声波回波信号的幅值仅有约几毫伏，非常不利于超声波回波信号的检测。此外，气体组分的不同、流道结构设计的不合理、温度变化等因素也会对超声波回波信号的幅值造成极大影响，严重影响顺流、逆流时超声波信号传播时间的计量精度。
[0005]现有的超声波燃气表在针对超声波回波信号的幅值进行处理时，主要采取如下三种方式：
[0006]1、如图1所示的固定增益放大法，其利用运算放大器搭建固定增益放大电路对超声波回波信号的幅值进行固定增益放大；当气体组分、流道结构设计、温度等参数固定不变时，超声波回波信号的幅值趋于稳定，此种情况下勉强可以正常工作。但，采用固定增益放大电路对超声波回波信号的幅值进行固定倍数放大，会因放大倍数无法进行自适应而造成计量失败。/>[0007]2、如图2所示的多档可调增益放大法，反馈电路首先对输出信号的幅值进行测量，之后根据测量结果，通过控制模拟开关或数字电位器的接入电阻来控制放大电路中运算放大器的放大倍数，构成多档可调增益放大电路，实现对超声波回波信号的幅值进行多档可调增益放大；由于放大倍数档位调节范围有限，在使用时需要先进行匹配测试，匹配通过后才可以正常使用，当气体组分、流道结构设计、温度等参数发生微弱变化时可以正常工作。但，采用多档可调增益放大电路，放大倍数档位调节范围有限，精度低，在使用时需要进行匹配测试，匹配通过后才可以正常使用，且抗干扰能力差，不具备通用性。
[0008]3、如图3所示的反馈式自动增益放大法，反馈电路首先对输出信号的幅值进行测量，之后将测量结果反馈至放大电路中程控运算放大器的参考电压引脚来控制放大电路中程控运算放大器的放大倍数，构成反馈式自动增益放大电路，实现对超声波回波信号的幅值进行自动增益放大。由于需要搭配外围反馈电路才可以正常工作，在保证外围反馈电路性能稳定的前提下，当气体组分、流道结构设计、温度等参数发生一定范围的变化时可以正常工作。采用的反馈式自动增益控制电路理论上可以做到放大倍数自适应，但需要搭配外围反馈电路才可以正常工作，造成信号延迟，实时性低，而且电路搭建过于复杂，且往往需
要多级级联，功耗高，因此也不具备通用性。
[0009]因此，如何使接收到的超声波信号的幅值保持稳定，成为了当前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0010]针对现有技术中存在的不足之处，本技术提供一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置。
[0011]本技术公开了一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置，包括：电源供电接口、信号输入接口、差分信号输出接口、单端信号输出接口、电源管理模块、输入信号匹配模块、信号自动增益处理模块和输出信号匹配模块；
[0012]所述电源供电接口与所述电源管理模块相连，所述电源管理模块分别与所述输入信号匹配模块、信号自动增益处理模块和输出信号匹配模块相连；
[0013]所述信号输入接口与所述输入信号匹配模块相连，所述输入信号匹配模块与所述信号自动增益处理模块相连，所述信号自动增益处理模块与所述输出信号匹配模块，所述输出信号匹配模块分别与所述差分信号输出接口和单端信号输出接口相连。
[0014]作为本技术的进一步改进，
[0015]所述输入信号匹配模块，用于对所述信号输入接口输入的超声波回波信号进行滤波、缓冲处理，获得第一信号；
[0016]所述信号自动增益处理模块，用于对所述第一信号进行幅值自动增益处理，获得差分信号；
[0017]所述输出信号匹配模块，用于对所述差分信号进行滤波，将滤波后的差分信号输入至所述差分信号输出接口；同时，将滤波后的差分信号转换成单端信号，并将单端信号输入至所述单端信号输出接口。
[0018]作为本技术的进一步改进，所述电源供电接口的供电电压为直流3V。
[0019]作为本技术的进一步改进，所述电源管理模块由相连的降压模块和负压转换模块构成，所述降压模块为具有反向电流保护和使能功能的低压差线性稳压器，所述负压转换模块为开关电容器电压转换器。
[0020]作为本技术的进一步改进，所述信号输入接口用于输入频率为200kHz的待处理超声波回波信号。
[0021]作为本技术的进一步改进，所述输入信号匹配模块包括由电容、电阻和运算放大器构成的有源高通滤波器。
[0022]作为本技术的进一步改进，所述信号自动增益处理模块包括自动增益放大器，同时采用集成电路芯片进行搭建，无需额外搭建外部反馈电路。
[0023]作为本技术的进一步改进，所述输出信号匹配模块包括相连的高通滤波器与差分转单端运算放大器，所述差分信号输出接口连接在所述高通滤波器与差分转单端运算放大器之间，所述单端信号输出接口连接在所述差分转单端运算放大器的输出端。
[0024]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0025]1、本技术装置具备幅值自动增益处理功能，借助该装置可以使超声波回波信号的幅值在不同气体组分、不同流道结构、不同温度时维持在一个相对稳定且合理的范围之内，为后续顺流、逆流时超声波信号传播时间的精确计量提供有力保证，提高超声波信号
传播时间的计量精度；
[0026]2、本技术装置的电路结构简单，且无需多级级联，尤其是自动增益处理模块采用集成电路芯片方案进行搭建，无需额外搭建外部反馈电路，可靠性高，功耗低，非常适合应用于电池供电场景；同时，具有使能控制引脚，为后续进一步控制功耗预留出接口，具备很强的拓展性；
[0027]3、本技术装置具备差分、单端两种方式信号输出接口，拓展性强，可以实现多场景应用。
附图说明
[0028]图1为现有固定增益放大法的原理示意图；
[0029]图2为现有多档可调增益放大法的原理示意图；
[0030]图3为反馈式自动增益放大法的原理示意图；
[0031]图4为本技术一种实施例公开的超声波燃气表计量信号自动增益处理装置的结构示意图；
[0032]图5为本技术一种实施例公开的超声波燃气表计量信号自动增益处理装置的框架图；
[0033]图6为本技术一种实施例公开的超声波燃气表计量信号自动增益处理装置的电路图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波燃气表计量信号自动增益处理装置，其特征在于，包括：电源供电接口、信号输入接口、差分信号输出接口、单端信号输出接口、电源管理模块、输入信号匹配模块、信号自动增益处理模块和输出信号匹配模块；所述电源供电接口与所述电源管理模块相连，所述电源管理模块分别与所述输入信号匹配模块、信号自动增益处理模块和输出信号匹配模块相连；所述信号输入接口与所述输入信号匹配模块相连，所述输入信号匹配模块与所述信号自动增益处理模块相连，所述信号自动增益处理模块与所述输出信号匹配模块，所述输出信号匹配模块分别与所述差分信号输出接口和单端信号输出接口相连。2.如权利要求1所述的超声波燃气表计量信号自动增益处理装置，其特征在于，所述输入信号匹配模块，用于对所述信号输入接口输入的超声波回波信号进行滤波、缓冲处理，获得第一信号；所述信号自动增益处理模块，用于对所述第一信号进行幅值自动增益处理，获得差分信号；所述输出信号匹配模块，用于对所述差分信号进行滤波，将滤波后的差分信号输入至所述差分信号输出接口；同时，将滤波后的差分信号转换成单端信号，并将单端信号输入至所述单端信号输出接口。3.如权利要求1或2所述的超声波燃气表计量信号自动增益处理装...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁力水，齐玉旺，刘金磊，姚金龙，
申请(专利权)人：廊坊新奥智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：