[发明专利]一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统及方法

权利要求书

1.一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，其特征在于：主要包括上位机(1)、所述微控制器模块(2)、超声波时差测量电路模块(3)、升压驱动电路模块(4)、超声波收发模块(5)和超声波管道(6)和电源驱动模块(7)；

所述上位机(1)控制所述微控制器模块(2)；

所述微控制器模块(2)向所述超声波时差测量电路模块(3)发送测量指令。

所述超声波时差测量电路模块(3)主要包括超声波感测模拟前端TDC1000(31)和时间-数字转换计数器TDC7200(31)；

所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)接收测量指令后，向所述升压驱动电路模块(4)发送升压驱动信号，同时，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)向所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)发送START信号；

所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)主要包括计数器和寄存器；

所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的计数器接收到START信号后开始计时；

所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的寄存器存储计时结果；

所述升压驱动电路模块(4)接收升压驱动信号后，将驱动电压升高到30V，并驱动超声波收发模块(5)发送超声波信号；

所述超声波收发模块(5)包括所述超声波换能器I(51)和超声波换能器II(52)；

所述超声波换能器I(51)固定在所述超声波管道(6)的起始端；

所述超声波换能器II(52)固定在所述超声波管道(6)的终端；

当基于TDC1000的高精度超声波流量计系统测量超声波顺流时间时，所述超声波换能器I(51)发送超声波信号；所述超声波换能器II(52)接收到所述超声波信号后，向所述微控制器模块(2)发送超声回波信号；

当基于TDC1000的高精度超声波流量计系统测量超声波逆流时间时，所述超声波换能器II(52)发送超声波信号；所述超声波换能器I(51)接收到所述超声波信号后，向所述微控制器模块(2)发送超声回波信号；

所述电源驱动模块(8)为所述微控制器模块(2)和所述升压驱动电路模块(4)供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDC1000的高精度超声波流量计系统，其特征在于，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)接收到所述超声回波信号后，对所述超声回波信号进行处理；所述处理依次包括滤波、PGA增益调节和信号放大；

所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)对所述超声回波信号处理完成后，所述超声波感测模拟前端TDC1000(31)向所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)发送STOP信号；所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)接收到STOP信号后停止计时，并中断微控制器模块(2)；

微控制器模块(2)响应中断请求，并通过所述时间-数字转换计数器TDC7200(32)的SPI总线读取所述寄存器(321)中的计时结果。

3.一种使用权利要求1至2所述的基于TDC1000的高精度超声波流量计系统的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

1)初始化基于TDC1000的高精度超声波流量计系统；

2)计算超声波流量的顺流传播时间t₁；

3)计算超声波流量的逆流传播时间t₂；

4)根据超声波流量的顺流传播时间t₁和超声波流量的逆流传播时间t₂计算超声波瞬时流量Q；

Q＝πkD²v/4； (1)

式中，D为所述超声波管道(6)的直径；k为流量修正系数；_v为超声波流速；

超声波流速v如下所示：

式中，c为光速；Δt为顺流传播时间t₁和逆流传播时间t₂的时间差；Δt＝|t₁-t₂|；θ为超声波换能器I和所述超声波管道的夹角；D为所述超声波管道(6)的直径。