[发明专利]宽量程超声波肺功能仪及其计算方法

权利要求书

1.一种宽量程超声波肺功能仪，具有吹管、位于吹管壁上的上游超声波换能器和下游超声波换能器，其特征在于：所述上、下游超声波换能器为收发一体式，所述上、下游超声波换能器连线与道壁具有倾斜角；所述上游超声波换能器连接第一滤波电路和第一隔离驱动电路，所述第一滤波电路连接通道选择器，所述通道选择器连接程控放大电路，所述程控放大电路连接电压比较器，所述电压比较器连接脉冲发射和精密时间测量芯片；所述下游超声波换能器连接第二滤波电路和第二隔离驱动电路，所述第二滤波电路将接收到的信号传至通道选择器；所述脉冲发射和精密时间测量芯片串行通信连接方式微控制器，所述微控制器接口连接有触摸屏、蓝牙模块和以太网模块，所述蓝牙模块连接有蓝牙打印机，所述以太网模块与服务器通讯；所述微控制器分别控制通道选择器、程控放大电路和电压比较器；单电源对各电路供电，其中，各部分电路模块单独对地覆铜，控制电路和超声波换能器发射驱动电路的连接只有脉冲信号线和与该脉冲信号线紧密平行的一根地线，测量电路、接收放大滤波电路与超声波接收限幅耦合电路的连接只有接收信号线和与该接收信号线紧密平行的一根地线；上、下游超声波换能器发射驱动电路、接收限幅耦合电路模块分别用铁壳罩住，屏蔽电磁辐射干扰；所述第一、二隔离驱动电路中通过电阻给电容充电，通过电容快速放电提供瞬时功率；基于以上的硬件连接再配合微控制器的程序就可以利用动态阈值法与程控放大法相互配合实现宽量程超声波肺功能仪功能。

2.如权利要求1所述的宽量程超声波肺功能仪，其特征在于：所述精密时间测量芯片为时间数字转换器TDC-GP22。

3.如权利要求2所述的宽量程超声波肺功能仪，其特征在于：所述倾斜角为30度。

4.如权利要求2所述的宽量程超声波肺功能仪，其特征在于：所述倾斜角为45度。

5.一种基于宽量程超声波肺功能仪的计算方法，其特征在于：通过前一次测得的上下游超声波传感器接收对方发射信号的时间差来控制程控放大器的放大倍数和电压比较器的阈值来实现精确的宽量程范围的测量；首先根据实验确定在最小流量和最大流量时使程控放大器的输出波形最大幅值相同所需要的最小放大倍数AL和最大倍数AH，同时记录最小流量和最大流量时上下游超声波传感器接收对方发射信号的时间差△T1和△T2，为了防止频繁切换程控放大器的放大倍数，将放大倍数平均分为8个档，最大为AH，最小为AL，放大倍数切换的依据为上下游超声波传感器接收对方发射信号的时间差，同样将时间差平均分为8个档，最大为△T2，最小为△T1，在8个时间差的点上设置一定的滞回值防止放大倍数在这个点上的来回切换；动态阈值法单独作用在两个阶段：1、初始上电时，微控制器控制DA从0V输出逐渐增大，根据GP22反馈回来的超声波飞行时间可以得出超声波信号的第一波和噪声之间的阈值电压U01，第一波和第二波之间的阈值电压U02，第二波和第三波之间的阈值电压U03，第三波和第四波之间的阈值电压U04，然后根据U02-U01，U03-U02，U04-U03的最大值来确定利用测量哪个波来判断超声波信号的到来，三个差值中U03-U02最大说明测量第二波具有最大的余量，可以确定利用测量第二波来判断超声波信号的到来，同时可以将阈值电压定为(U03-U02)/2；2、在判断出超声波第二波到来时，将阈值调为0V，测量第三波0V处的时间，也就是工业气体超声波流量计中使用的阈值归零方法，可以避免超声波信号衰减造成的测量误差。