超声波流量计技术亮点 三

3 提高时间分辨力的几种方法

3.1 提高时基法

提高处理器计时脉冲的频率是提高分辨力的可选方法之一，例如提高整个系统的晶振频率。处理器晶振频率的高低直接影响着计时器的计时分辨力。这种方法简单实用，但是受到器件最高工作频率的限制，分辨力的提高是有一定限度的。过去工业仪表通常选用8位单片机作处理器，其工作频率较低，一般在12MHz以下，对超声波分辨力的提高有限。近年来，16位乃至32位单片机的出现，极大的提高了器件最高工作频率，选用高速处理器可以提高仪表的分辨力。超声波流量计，特别是水超声流量计对时间分辨力有很高的要求，一般都要求能够分辨到ns级，也就要求处理器时基在1000MHz以上。像这样的处理器很少见，价格昂贵，电路设计复杂。所以很难单纯依靠提高时基信号频率的方法来彻底解决仪表的分辨力问题。

3.2 游标法

游标法测时原理与游标卡尺测距原理类似。两个计数器分别以频率f1和频率f2进行计数，频率f1为时间的粗测（相当于游标卡尺的主尺），频率f2为时间的细测（相当于游标卡尺的游标）。频率f1和频率f2的差别要求要很小，n为游标计数器的位数。当计时开始时，主计数器对频率f1进行计数，当计时停止时，游标计数器对频率f2进行计数，同时由一个相位比较器对频率f1和频率f2进行比较，一旦两个频率信号的相位相同，立即停止计数，存下主计数器的数值n1和游标计数器的数值n2。

 3.3 专用时间芯片法

近年来，超声波流量计广泛采用集成电路时间芯片TDC-GP2进行测量计时。TDC-GP2是一种专用于超声波流量计或超声波热量表的计时芯片，它可以提供双通道或单通道典型分辨力50ps的时间测量，有很多超声波流量计采用了此芯片进行时间测量。

超声波流量计