基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法技术

本发明专利技术涉及超声波流量计首波阈值的确定方法，具体地说是一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法。本发明专利技术的技术方案：初始化TDC芯片的首波阈值；TDC芯片向上游换能器或下游换能器发送激励信号；TDC芯片接收下游换能器或上游换能器返回的回波信号；连续测量八个流量，其中至少三个测量过程中出现超声波飞行时间跳变，计算出TDC芯片接收到的回波信号中首个幅值超过首波阈值的正弦波的幅值A；增加TDC芯片的首波阈值，直至产生TDC芯片超时；对于计算所得幅值中数值相同或相近的幅值，仅保留其中一个幅值，计算出wave_set1，作为超声波流量计工作时的首波阈值。为超声波流量计工作时的首波阈值。为超声波流量计工作时的首波阈值。

【技术实现步骤摘要】
基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法


[0001]本专利技术涉及一种超声波流量计首波阈值的确定方法，具体地说是一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法。

技术介绍

[0002]在超声波水表行业中，换能器是起到决定性作用的一环，它是超声波计量的基础，决定了计量的准确性。
[0003]目前，在超声波水表行业中，超声波水表的波形情况会在多方面影响计量的准确性，例如气泡导致波形衰减后产生计量不准确，管段长期使用后反射片或换能器结垢导致波形衰减后的不准确计量等。
[0004]为了确定波形的衰减或者增加，目前行业内多采用半波长比的方案，也就是首波脉宽和标准换能器理论脉宽对比，通过这个比值的大小来确定波形的衰减或者增加，这一步主要是希望在初始化阶段，保证波形选择是正确的，防止波形在非恶劣条件下略微变化，使得超声波水表计量发生跳波的情况。然而该方案存在以下问题：一般来说，在达到波形稳定之前，波形几乎接近1：2：3(例如幅值分别为30mv、60mv、90mv)，当管段中突然出现气泡，幅值衰减，可能出现：此时第2个波的波形高度等于原先第1个波的波形高度(30mv)，此时第3个波的波形高度等于原先第2个波的波形高度(60mv)，在此情况下测得的半波长比是不会改变的，因此无法准确判断出波形是否已发生改变。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述存在的问题，提供一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现：
[0007]一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法，包括：
[0008]S102、初始化TDC芯片的首波阈值；
[0009]S104、TDC芯片向上游换能器或下游换能器发送激励信号；
[0010]S106、TDC芯片接收下游换能器或上游换能器返回的回波信号；
[0011]S108、连续测量八个流量，其中至少三个测量过程中出现超声波飞行时间跳变，则执行步骤S110；否则，执行步骤S104；
[0012]S110、利用以下公式计算出TDC芯片接收到的回波信号中首个幅值超过首波阈值的正弦波的幅值A；
[0013][0014][0015]式中，A为幅值，wave_set为首波阈值，Wwave_set为首波阈值对应的脉宽，W0为TDC芯片接收到的回波信号的标准半波脉宽；
[0016]S112、增加TDC芯片的首波阈值，执行步骤S104，直至产生TDC芯片超时；
[0017]S114、对于计算所得幅值中数值相同或相近的幅值，仅保留其中一个幅值，利用以下公式计算出wave_set1，作为超声波流量计工作时的首波阈值；
[0018]wave_set1＝(A2
‑
A1)*0.3+A1
[0019]式中，A1为余下幅值中数值最小的幅值，A2为余下幅值中数值第二小的幅值。
[0020]优选的，所述步骤S112中，首波阈值的增加量为TDC芯片接收到的回波信号中首个幅值超过首波阈值的正弦波的幅值A的50％
‑
80％。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术利用超声波飞行时间跳变作为触发源，利用三角函数原理计算TDC芯片接收到的回波信号中首个幅值超过首波阈值的正弦波的幅值A，并通过不断地改变TDC芯片的首波阈值就可以获取到多个不同的幅值A，直至产生TDC芯片超时，对于计算所得幅值中数值相同或相近的幅值，仅保留其中一个幅值，利用所得幅值计算出wave_set1，作为超声波流量计工作时的首波阈值；即，利用超声波飞行时间跳变作为触发源，利用三角函数原理计算出正弦波各个波峰的峰值，进而确定波形的衰减或者增加。
[0023]2、将超声波流量计工作时的首波阈值设为略高于余下幅值(对于计算所得幅值中数值相同或相近的幅值，仅保留其中一个幅值后，余下的幅值)中数值最小的幅值，远低于余下幅值中数值第二小的幅值；如此，即使波形发生衰减，也能够尽可能的降低重新确定超声波流量计工作时首波阈值的频率，节省功耗。
附图说明
[0024]图1为本专利技术TDC芯片及其外围电路图。
[0025]图2为本专利技术首波阈值确定方法流程示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0027]本专利技术示例主要是利用三角函数的原理，通过Asin(x)的公式还原正弦波，使用TDC芯片设置TDC芯片的首波阈值(wave_set)来还原出该首波阈值所在正弦波的波峰：假设TDC芯片的首波阈值是10mv，得到的半波长比是0.4(也就是说，当前首波阈值对应的脉宽和标准的半波脉宽比值是0.4)，然后通过公式计算出x值，得出TDC芯片的首波阈值在当前波的位置，再通过公式Asin(54
°
)＝10mv，计算得到幅值A为12mv。
[0028]利用这个原理，不断地改变TDC芯片的首波阈值就可以获取到多个A值，根据换能器的特性，TDC芯片的激励(TDC芯片发送的方波)数量足够的情况下，换能器振荡一定会达到一个幅值的顶点。可以这样理解，当换能器(此时的换能器为接收换能器)收到第一个波
的时候产生一个X强度的震荡，收到第二个波的时候第一个波的震荡还未结束，第一个波和第二个波因为相位一致，可以得到叠加，也就是2X的强度，但是换能器总共能震荡的最大强度只有Y，也就是nX>Y的时候(n为换能器收到的第n个波)，换能器只能表现出Y的震荡。因此最后一个幅值的值一定是Y，当TDC芯片的首波阈值大于Y值以后，就会读取不出信号的幅值，产生TDC芯片超时的情况。
[0029]如图2所示，本实施例一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法，该方法基于TDC芯片、上游换能器和下游换能器所形成的回路；具体的，本例中所述TDC芯片采用型号为MS1030的超声波流量测量芯片，将图1中引脚UP与上游换能器的信号线(通常为红线)相连，引脚AGND与上游换能器的接地线(通常为白线)相连；将图1中引脚DOWN与下游换能器的信号线(通常为红线)相连，引脚AGND与下游换能器的接地线(通常为白线)相连，形成回路。
[0030]实施例1
[0031]本实施例基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法，具体包括：
[0032]S102、初始化TDC芯片的首波阈值；
[0033]S104、TDC芯片向上游换能器发送激励信号；上游换能器作为发射换能器，接收激励信号后产生振动，向介质中辐射声波；下游换能器作为接收换能器，介质中的声波作用在下游换能器上，从而使下游换能器的机械振动系统发生振动，引起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TDC芯片的超声波流量计首波阈值的确定方法，其特征在于包括：S102、初始化TDC芯片的首波阈值；S104、TDC芯片向上游换能器或下游换能器发送激励信号；S106、TDC芯片接收下游换能器或上游换能器返回的回波信号；S108、连续测量八个流量，其中至少三个测量过程中出现超声波飞行时间跳变，则执行步骤S110；否则，执行步骤S104；S110、利用以下公式计算出TDC芯片接收到的回波信号中首个幅值超过首波阈值的正弦波的幅值A；弦波的幅值A；式中，A为幅值，wave_set为首波阈值，Wwave_set为首波阈值对应的脉宽，W0为TDC芯片接收到的回波信号的标准半波脉宽；S112、增...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丹，项家祺，童景顺，
申请(专利权)人：宁波恒力达科技有限公司杭州海兴电力科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：