[发明专利]一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波气体流量计，特别涉及一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器。

背景技术

超声波气体流量计的核心测量超声波信号从发送到接收的飞行时间，超声波接收到的信号一般如附图1所示，包括连个超声波传感器1,2。超声波气体流量计一般需要将信号输入比较器电路，才能测量超声波到达时间，输入比较器的信号可能受气体成分，温度，压力，湿度等各种因素影响而信号幅值大小不同，会产生问题。

因此一般在超声波信号处理时一般会采用自动增益方案，自动增益方案首先采集超声波信号的幅值，将超声波信号幅值作为反馈信号，改变放大电路增益，从而调节信号大小，使得超声波信号幅值无论外部环境如何变化都能够维持在合适的范围内，因此如何准确的获取超声波信号幅值是信号处理的核心问题之一。

获取超声波信号幅值常用的方法有：方案一，采用检波电路，或得并保持超声波信号中最大波峰的幅值，然后使用低速ADC采样将信号幅值转换为数字信号；方案二，采用快速ADC直接进行采样，直接将超声波模拟信号转换为数字信号，一般使用DSP进行数字信号处理，可以得到每一个超声波的波峰与波谷值。

为解决上述问题，现有的采用的方式有上述的方案一和方案二，但是上述方案并不能很好解决问题，主要原因在于方案一仅能获得最大波峰的幅值，实际使用中用需要的是第一个波谷的幅值，最大波峰与第一个波谷不一定是成比例；方案二可以直接获得第一个波谷的幅值，可是使用高速ADC必然会产生大量数据，一般也需要配套DSP进行信号处理，方案2成本较高，且功耗较大。

也即现有的技术中缺乏一种专门用于超声波信号处理的模拟数字转换器(ADC)，在不需要其他信号处理电路可以测得前几个波谷幅值，这样的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请旨在解决现有的用于超声波信号处理的模拟数字转换器存在问题，

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，分辨率为n位的用于超声波气体流量计的模拟数字转换器，其包括：

比较器，比较器的个数为2^n个，其构成超声波信号比较结构，且第一比较器C1会在接收超声波信号后产生周期信号时钟脉冲(CP)；

D触发器，D触发器的个数为2^n-1个，其构成信息存储部件；

2^n个电阻；

以及优先编码器。

作为本发明进一步的方案：比较器的输出作为D触发器的时钟信号，D触发器的数据输入始终为1。

作为本发明进一步的方案：所述模拟数字转换器的工作原理如下，必要时，包括静态描述和动态描述；

步骤1：发送超声波驱动信号

步骤2：发送清零信号CLR

步骤3：等待超声波接收信号到达，信号到达后，比较器C1会产生周期信号CP

步骤4：单片机在CP上升沿采集优先编码器输出结果，第一个上升沿采集到的数据极为第一个波谷的幅值，依次类推。

触发器在触发后，只能等到下一次发送信号时清零，因此，在采集到最低波谷的幅值后，就不能采集后续波形的波谷。一般而言，后续波形的波谷幅值也没有采集的必要。

本发明在并行ADC的基础上，增加了清零时序，同时将比较器的输出作为触发器的时钟信号，触发器的数据输入始终为1。可以用于低功耗电路，并且数据量远小于快速ADC采样方案，同时又能够直接获得前几个波谷的幅值，非常适用于超声波信号处理电路。

本申请的一种专门用于超声波信号处理的模拟数字转换器(ADC)，相对于普通的ADC，优点为：功耗低，数据量低，不需要其他信号处理电路可以测得前几个波谷幅值。缺点：只能进行波谷测量，不能适用于非超声波信号处理，只能测量有限几个波谷幅值。因而，应用于超声波信号处理时，此方案是足够满足要求的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是气体流量计的结构示意图；

图2是现有技术中模拟数字转换器；

图3本发明的模拟数字转换器；

图4为检波电路示意图；

图5为发明的原理图。

具体实施方式