一种用于超声波流量检测的电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超声波流量检测的电路及方法，方法为信号处理方法，包括系统主控制器配置有双路驱动通道和双路ADC采集通道，通过微控制器对切换电路与信号调理路径的动态控制，并通过与信号采集并行运行的实时噪声修正以及自校准机制，电路系统包括：微控制器、切换电路A1、切换电路A2、驱动信号调理电路、接收信号调理电路、带阻滤波电路、超声探头Y1，Y2，实现多通道协同工作与误差补偿，本发明专利技术通过双路切换架构、切换策略与动态校准机制，有效解决了传统单通道设计中存在的零点漂移累积、环境噪声干扰、校准电路信号偏差困难的难题，显著提升了流量测量的精度、稳定性及环境适应性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及流量测量，具体涉及一种用于超声波流量检测的电路及方法。

技术介绍

1、超声波水表是一种基于超声波时差法原理的流量测量装置，广泛应用于工业和民用领域的水资源管理。其核心工作原理是通过检测超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差来计算流速和流量。具体来说，超声波水表通常配备一对超声探头，分别安装在管道的两侧。当流体流动时，超声波信号在顺流方向上的传播时间会缩短，而在逆流方向上的传播时间会延长。通过精确测量这两个时间差，并结合管道的几何参数，可以计算出流体的流速和累积流量，其精度易受环境干扰和硬件零漂影响。

2、现有技术中，为抑制零漂问题，通常采用单路驱动信号与单路adc采集通道，通过切换电路分时控制超声探头的发射与接收。然而，单路信号处理架构存在系统性零漂累积问题，其电路固有偏差(如基准电压偏移、放大器增益误差)无法消除，导致长期运行后测量精度下降。有技术提出采用双路并行信号处理通道的方案，但需额外配置独立的有源器件(如放大器、adc等)，不仅显著增加硬件成本，还因器件参数差异导致通道间一致性难以保证。此外，工业环境中水泵等设备产生的固定本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：包括超声波流量检测系统：包括以下功能单元：微控制器、切换电路A1、切换电路A2、驱动信号调理电路、接收信号调理电路、带阻滤波电路、超声探头Y1，Y2，所述微控制器用于切换时序的控制、数据计算、双路ADC采集、双路驱动信号产生、上电控制；所述切换电路A1和切换电路A2通过控制引脚及使能逻辑实现驱动与接收通道的动态切换，所述驱动信号调理电路包含可调增益运算放大器及阻抗匹配电阻，用于优化驱动信号并消除信号反射，所述阻抗匹配部分为可选部分；所述接收信号调理电路通过可调前置偏置、可调增益放大及二极管钳位实现信号优化与幅值保护，所述带阻滤波电路采用...

【技术特征摘要】

1.一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：包括超声波流量检测系统：包括以下功能单元：微控制器、切换电路a1、切换电路a2、驱动信号调理电路、接收信号调理电路、带阻滤波电路、超声探头y1，y2，所述微控制器用于切换时序的控制、数据计算、双路adc采集、双路驱动信号产生、上电控制；所述切换电路a1和切换电路a2通过控制引脚及使能逻辑实现驱动与接收通道的动态切换，所述驱动信号调理电路包含可调增益运算放大器及阻抗匹配电阻，用于优化驱动信号并消除信号反射，所述阻抗匹配部分为可选部分；所述接收信号调理电路通过可调前置偏置、可调增益放大及二极管钳位实现信号优化与幅值保护，所述带阻滤波电路采用可调中心频率设计，由微控制器基于噪声频谱分析动态配置滤波参数，所述超声探头y1，y2用于发射超声波信号和接收超声回波信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：所述超声波流量检测系统中各功能单元间的连接方式为：所述超声探头连接至所述切换电路a2，用于发射超声波信号和接收超声回波信号；所述切换电路a2连接至所述驱动阻抗匹配电阻r和接收阻抗匹配电容c，用于将探头接收的信号切换至接收信号调理电路和将驱动信号调理电路的信号切换至对应的探头；所述阻抗匹配电阻r连接至所述驱动信号调理电路，用于匹配电路阻抗；所述驱动信号调理电路连接至切换所述电路a1，用于调理来自切换电路a1的驱动信号；所述接收阻抗匹配电容c连接至所述接收信号调理电路，用于匹配电路阻抗并消除直流偏置；所述接收信号调理电路连接所述带阻滤波电路，用于调理超声探头接收的信号；所述带阻滤波电路连接至切换所述电路a1，用于消除环境噪声；所述切换电路a1用于切换主控制器的双路驱动信号通道至驱动放大电路，同时将带阻滤波后的滤波信号切换至双路adc采样通道。

3.根据权利要求2所述的一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：所述超声波流量检测系统中的信号流动方向为：在发射阶段，信号从所选的微控制器驱动通道输出经切换至所述电路a1、驱动信号调理电路及切换电路a2到达超声探头y1；在接收阶段，所述超声探头y2接收的回波信号则经切换电路a2、接收信号调理电路、带阻滤波及切换电路a1返回所选的微控制器adc采集通道。

4.根据权利要求3所述的一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：所述方法为信号处理方法：包括流量信号采集，所述流量信号的传播方式为：使用两个独立的超声探头用于发射超声波信号和接收超声回波信号，二者能够沿着介质流动方向和介质流动逆方向交替的发射和接收超声波信号和超声回波信号，分别称为上游流量信号和下游流量信号。

5.根据权利要求4所述的一种用于超声波流量检测的电路及方法，其特征在于：所述流量信号采集过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔亚广，王淳石，周瞳，史克科，陈张平，郭云飞，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：