超聲波流量計的超聲波發(fā)射接收電路

技術(shù)領(lǐng)域

超聲波流量計的超聲波發(fā)射接收電路,涉及超聲波發(fā)射接收電路的改進,適用于壓力、溫度變化范圍寬、大口徑、大流量氣體的超聲波流量計,液體濃度測量、氣體組分分析

背景技術(shù)

現(xiàn)在用于超聲波流量計的超聲波發(fā)射接收電路,一般都采用單閉環(huán)自動增益控制,由于氣體超聲波流量計使用環(huán)境非常復(fù)雜,溫度、壓力、聲程、氣體流速范圍變化范圍非常寬,造成回波信號的強弱波動非常大,給電路設(shè)計帶來了非常大的難度,尤其是超聲波發(fā)射接收電路的聲時接收一般都采用首波接收或者純包絡(luò)線電壓幅值接收控制,在實際使用中存在無法適應(yīng)復(fù)雜的壓力、溫度、多組分氣體、口徑多重變化的檢測環(huán)境,總是需要根據(jù)不同檢測情況,不斷的更改超聲波發(fā)射接收電路,更改超聲波觸發(fā)探頭來適應(yīng)不同的壓力溫度、氣體組分、口徑的檢測情況,因此,造成現(xiàn)有的超聲波流量計檢測適應(yīng)性差,生產(chǎn)和使用不便,檢測的精度不高。

內(nèi)容

針對現(xiàn)在通用的超聲波發(fā)射接收電路的不足,本發(fā)明人通過長期研究,設(shè)計了一種生產(chǎn)和使用方便,能夠適用于不同口徑、不同壓力、不同氣體組分和不同溫度條件下進行超聲波氣體流量檢測的超聲波流量計的超聲波發(fā)射接收電路。

本實用新型超聲波發(fā)射接收電路由發(fā)射電路,電壓調(diào)整電路,程控放大電路,接收電路,數(shù)字濾波電路,MCU控制器,數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC),壓控放大器,模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),檢波電路,溫度檢測電路,壓力檢測電路,流量計運算單元,聲時電路,可編程邏輯器(FPGA,時鐘門構(gòu)成。

發(fā)射電路由MCU控制器產(chǎn)生脈沖驅(qū)動髙壓去激發(fā)換能器,觸發(fā)電壓可以調(diào)整,提高發(fā)射信號的強度和接收信號的信噪比;接收電路由MCU控制器和流量計運算單元通信獲得超聲探頭從管道內(nèi)壓力和溫度信號,經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADω模糊算法確定前置程控放大倍數(shù),MU控制器通過檢波電路跟蹤采集檢波信號輸岀至數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(AC控制壓控放大器鎖定信號幅值,可編程邏輯器(PGA)根據(jù)檢波信號鎖定峰值,并鎖定峰值對應(yīng)的超聲波波峰,時鐘門是頻率為100Mz的低溫漂髙精度髙穩(wěn)定度的時鐘,利用超聲波的波峰過零檢測確定精度的聲時,包絡(luò)檢波對應(yīng)的超聲波波峰正好是超聲波的頻率,使得這種超聲波接收處理比采用首波接收電路處理的精度要高。電路中:壓控放大器和檢波電路組成實時跟蹤的PID內(nèi)閉環(huán)自動增益系統(tǒng)和溫度檢測電路、壓力檢測電路、電壓調(diào)整電路、壓控放大器控制范圍組成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的外閉環(huán)自動増益系統(tǒng),從而構(gòu)成自適應(yīng)式雙閉環(huán)數(shù)字自動增益控制,雙自動增益的實現(xiàn),可以使流量計針對表體的變換、溫度、壓力的變換而不需要調(diào)整電路參數(shù),提髙了超聲波發(fā)射和接收的電路適用范圍,實現(xiàn)了寬壓力、寬溫度、寬聲程范圍的自適應(yīng),而且提高了檢測控制精度。峰值跟蹤型過零點檢測,保證了聲時接收信號的準(zhǔn)確性,以超聲波信號的頻率波的過零檢測作為聲時的控制,聲時門可控制在25nS以內(nèi),再配以100M時鐘頻率的低溫漂高精度高穩(wěn)定度的時鐘和多次測量取平均值法,可以進一步將聲時門準(zhǔn)確到10nS的聲時精度

本實用新型生產(chǎn)和使用方便,電路的自適應(yīng)能力強,測量精度高,可廣泛適用在超聲波流量計上,提高檢測流量精度和量程范圍,也可以適用于液體濃度測量、氣體組分分析