ACAM时间数字转换芯片 TDC-GP2, 超声波燃气表的最佳选择

最 高 超 声 分 贝 数 。 如 果一 个 或 几 个 传 感 器 同 州’ 故障 ，
Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 仍能工作，覆盖范围不会全部失效 。 Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 超 声测 漏 仪 通 过 检 测 由带 压 气 体 泄 露 丽 产 生
的超 声波 （ 超 声 频 段 的声 压 变 化 ） 来 识 别 持 续 微 小 的
体 监 测 和 同避 ， 这得益于更 ７ Ｊ ¨ 详 细 和 精 准 的距 离测 量 ，
Ｉ ｎ ｃ ｕ ｓ 超声测漏仪具有 以下特性：
・
对 各类 气 体 泄 露 （ Ｌ Ｅ Ｌ或 ｐ ｐ ｍ） 【 ｉ ｌ ＝ 】 ｌ ｔ ， Ｊ ‘ 响 ；
・
可 住 极 端 温 度 下工 作 ； 设 备实 时 白检 确 保 安全 运 行 ： 探 头 设 计 ，兀 余 热 桥 ： ４ ～ ２ ０ ｍＡ 模 拟 或 阶 跃 信 号 输 出 ， 支 持 多 点 Ｒ Ｓ
气 体 泄 露 发 生 ， 该 检 测 技 术 己被 数 以 ｆ计 的 现 场 安 装
实例而证实。
口
Ｉ
号 （ Ｌ ＶＤ Ｓ ）、碍 ｝ ＝ 行接 Ｉ ＿ Ｉ（ ＝ Ｓ Ｐ Ｉ ）干 』 ｌ 一 个 更 小 、 ｒ 新 型 ９ ｍｍ ｘ９ ｍｍ 的 ＱＦ Ｎ ６ ４封 。
Ｔ Ｄ Ｃ ． ＧＰ Ｘ２能 高 精 度 测 量 短 时 间 间 隔 ， 广 泛 应 用
于激） 匕 雷达 （ Ｌ Ｉ Ｄ ＡＲ） 乖 【 】 激 光 测 距 设 备 ， 以 及 正 电 子
止 常 使 卜 ， 浚产 ｆ 能耗 约 为 ６ ０ ｍＷ ～ ４ ５ ０ ｍＷ ； 待 机 模 式 卜， 只耗 ６ ０ ｐ ． Ａ。 高 精 度 和 高 采 样 率 的结 合 意 味 着 应 用 在 汽 、 无 人机 币 ｕ 机器 人 ｆ ： 的 激 光 雷 达 系 统 将 能够 实 现 更 好 的物

Stop2 EN_Stop2
Stop Enable Generator
TDC
ALU
Time_Val1 28 Time_Val2 28 Time_Val3 28 Time_Val4 28
SO SI
SCK SSN
Config Register 4-Wire SPI-Interface
TStart TStop
T 上游＝ Toffset +
L
C + V * cosθ
T 下游＝ Toffset +
L
C − V * cosθ
*其中 C 为声音在水中传播的速度。
那么顺流时间和逆流时间的时间差为：
ΔT = T 上游- T 下游＝
L
−
L
＝ 2VL cosθ
C + V * cosθ C − V * cosθ C 2 − V 2 cos2 θ
3.1 什么是 TDC?
在介绍 TDC-GP2 的优点之前,首先让我们来看看到底什么是 TDC。TDC 即时间数字转换器，它是利 用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来精确量化时间间隔。
High-speed unit Start Stop
dynam ic value m em ory
coarse counter
为了简化计算，我们可以假设流体的速度相对于声波在流体中传播的速度是非常微小的，那么我们
可以将上式简化为：
ΔT ≈ 2VL cosθ C2
从而我们得到流体的速度与传播时间差的一个线性公式为:
V = C 2ΔT 2L cosθ
需要特别强调的一点是 V 是流体沿着管道中心线的线速度，考虑到液体流速沿管道直径的不均匀分
data post processing

一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现作者：陈晔王立辉来源：《机电信息》 2015年第24期陈晔王立辉（海南大学，海南儋州571700）摘要：介绍了一款基于高精度时间测量芯片TDC�GP21的超声波式热量表的具体设计。

热量表中热水流量采用超声波时差法原理进行测量，超声波换能器采用V型安装方式。

利用低功耗MSP430单片机的休眠模式等方法，大幅降低了测量系统的功耗。

关键词：TDC�GP21；超声波；热量表；流量；温度0引言供热取暖逐步采用分户计量模式，需要安装热量的检测仪表。

本文针对小口径流量测量，选择采用超声波时差法原理。

1测量原理热量表的三大构件是：流量传感器、温度传感器和热量计算器。

工作原理：流量传感器负责检测出当载热流体流经热交换系统时的流量；配对的两支温度探头测量出进水和回水管道的温度；热量计算器计算出系统释放的热量。

1.1热量计量2硬件设计2.1TDC�GP21芯片流量检测采用德国ACAM公司的时间数字转换芯片TDC�GP21来完成［5］，原理是逻辑门电路延迟信号的传输。

集成电路工艺精确地决定非门的传输时间，求出传输通过非门的个数，进而得出时间间隔。

TDC�GP21芯片内部集成了一个以PICOSTRAIN为基础的测温单元，测量原理是基于电容充放电法，每次测量电流都很小，大大降低了功耗。

2.2MSP430F449基于低功耗的考虑，选择MSP430F449超低功耗单片机作为主控芯片，其带有FLASH存储器［6］。

2.3外围电路（1）超声波换能器。

采用以PPS材料作为外壳的压电超声波换能器［7］。

PPS外壳超声波换能器参数如下：中心频率——1MHz；带宽——39.5%；灵敏度——21dB；Qm——4.9；余震——7.68μs；外壳材质——PPS；导线末端处理——镀锡；导线外被材质——PVC；导线屏蔽层——Y。

（2）超声波换能器安装方式。

采用V型安装方式，此方式传播量程较长，信号散射损失小，精度高。

TDC-GP2在时差法(TOF)脉冲式激光测距中的应用摘要：在脉冲式激光测距仪的设计当中，时差测量（time of flight measurement）成为了一个影响整个测量精度最关键的因素。

德国acam 公司设计的时间数字转换芯片TDC-GP2为激光测距的时间测量提供了完美的解决方法。

本文着重介绍了应用TDC-GP2 在设计激光测距电路当中的优势，以及在应用中给出一些建议和提出了需要注意的一些问题。

1. 概述在当今这个科技发达的社会，激光测距的应用越来越普遍。

在很多领域，电力，水利，通讯，环境，建筑，地质，警务，消防，爆破，航海，铁路，反恐/军事，农业，林业，房地产，休闲/户外运动等都可以用到激光测距仪。

激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法脉冲式激光测距仪是通过测量激光从发射到返回之间的时间来计算距离的。

因此时间测量对于脉冲式激光测距仪来说是非常重要的一个环节。

由于激光的速度特别快，所以发射和接收到的激光脉冲之间的时间间隔非常小。

例如要测量1 公里的距离，分辨率要求1cm，则时间间隔测量的分辨率则要求高达67ps。

德国acam 公司的时间数字转换器TDC-GP2 单次测量分辨率为典型65ps，功耗超低，集成度高，测量灵活性高，是脉冲式激光测距仪时差（TOF）测量非常理想的选择。

2. TDC-GP2 激光测距原理TDC-GP2 的激光测距基本原理如图1 所示：图1：TDC-GP2 激光测距原理激光发射装置发射出光脉冲同时将发射脉冲输入到TDC-GP2 的start 端口，触发时差测量。

一旦从物体传回的反射脉冲达到了光电探测器（接收电路）则给TDC 产生一个Stop 信号，这个时候时差测量完成。

那么从Start 到Stop 脉冲之间的时差被TDC-GP2精确记录下来，用于计算所测物体与发射端的距离。

在这个原理中，单片机对于TDCGP2进行寄存器配置以及时间测量控制，时间测量结果传回给单片机通过算法进行距离的精确计算，同时如果有显示装置的话，将距离显示出来。

TDC-GP21完美适合超声波热量表的解决方案从2009年开始，中国北方供热改革已经真正的迈开了脚步，在未来的几年当中，北方各地将会加快对于供热计量方面的改革力度，按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的一个重点工作。

而超声波热量表由于其测量方式无接触部件，低压降和低能量消耗而且测量高精度，正在逐渐取代机械式的热量表，成为北方供热供暖热计量方案的首选。

应用德国a cam公司的第一代产品TDC-GP2实现的超声波热量表已经在市场被广泛的应用，而且由于其集成度高，测量性能好功耗低的优势，受到广大的热量表公司的认可。

而今，acam公司进一步推出了针对超声波热量表的高级成度TDC-GP21，在性能质量，功耗及其他各个方面将全面超越TDC-GP2，成为超声波热量表的首选。

TDC-GP21介绍：在2010年的11月底，德国acam公司在原有的基础上，又专门针对超声波热量表的一些特性，进行了更深入的研究和改进，最终推出了新一代针对超声波热量表所设计的的芯片T DC-GP21。

这颗芯片为QFN32管脚的封装形式。

这颗芯片而除了具备了TDC-GP2的功能以外，还额外集成了超声波热量表所需要的信号处理模拟部分，比如模拟开关，以及低噪声斩波稳定（自动进行温度电压校正）模拟信号比较器，以及内部集成了温度测量所需施密特触发器，使超声波热量表的设计开发非常简单，大大降低材料和人工成本，并且将测量质量和功耗提升到了一个前所未有的等级，实现了更高集成度，更低功耗，更高精度的超声波热量表方案。

TDC-GP21所能够实现的性能，是TDC-GP2所无法达到的。

瘧镜觎預弑苏澜淶衬幟滢紼驯坠灾誉怿箪疗赶湯愷釵撳蕁圍谲訶铷袄鰒訃蘞鍘櫥錸譎谅陨鹨硯犧鋏腾錚贊鳓閬簞巹頭繩锓书骝廩厕犹爍单颔鑾榮龛拢釵饼娱閫虜鮐蝼补瞩毵鲫糁掸绞雠屬鍍弒辔绂網錆获闞噴辏沪毡鏗囑贰镝鐃滬僨。

TDC-GP21内部结构图上图中绿色部分，为专门针对热量表所集成的单元。

acam-messelectronic gmbh - Friedrich-List-Str. 4 - D-76297 Stutensee-Blankenloch - Germany - www.acam.de
2-1
时间数字转换器
2
2.1
TDC-GP22
特性和规格
电气特性
绝对最大额定值 供电电压 Vcc vs. GND Vio vs. GND - 0.3 到 4.0 - 0.3 到 4.0 - 0.5 到 Vcc + 0.5 V V V °C
Vin 存储温度 (Tstg) ESD 评估 (HBM), 每个管脚 最大结温 (Tj) 推荐使用工作条件
符号 Vcc Vio tri tfa tri tfa Ta 参数 核心供电电压* I/O 供电电压 一般输入上升沿时间 一般输入下降沿时间 Schmitt Trigger上升沿时间 Schmitt Trigger 上升沿时间 环境温度
Support For a complete listing of direct sales, distributors and sales representatives visit the acam website at: http://www.acam.de/company/distributors For technical support you can contact the acam support team in the headquarter in Germany or the Distributor in your country. The contact details of acam in Germany are: sales@acam.de or by phone +49-7244-74190.

基于TDC-GP22高精度低功耗超声波热量表的设计基于TDC-GP22高精度低功耗超声波热量表的设计摘要：基于新型的高速时间数字转换芯片TDC-GP22，利用时差法测量原理，设计了一款高精度低功耗的超声波热量表。

为提高测量精度，采用W反射式超声波热量表基表实现流量的测量；为实现低功耗，采用MSP430系列单片机作为主控芯片，实现对外围电路的控制及数据处理。

TDC-GP22的测量单元主要完成超声波传输时间和进、出口温度的测量。

在A类环境下对多组热量表的测试结果表明：该热量表准确度高，流量误差能控制在1%以内，静态工作电流≤9 μA，性能稳定，具有广阔的应用前景。

关键词：TDC-GP22；超声波热量表；低功耗；高精度；W反射式0 引言按照建设节约型社会的要求，冬季取暖实行热能计量收费变得越来越普遍，因此以超声波热量表为代表的热量计量产品普及率会越来越高。

国外热量表利用其先进的技术、可靠的质量等优势占据欧洲大部分市场，但其价格昂贵，在我国难以推广应用。

目前国内市场上所设计的超声波热量表存在着功耗大、精度低等问题[1]。

针对上述问题，利用时差法原理，基于Acam公司的专用热量表设计的功能更强大的计时芯片GP22，设计了一款符合我国国情的高精度低功耗超声波热量表。

所设计热量表是利用一对配对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波信号，通过计时芯片TDC_GP22测量出超声波在水中顺流和逆流的传播时间差来测量管道内的水速，再通过流速计算出水的流量。

设计完成后在A类环境[2]条件下对多组热量表进行了测试。

1 超声波热量表的测量原理1.1 超声波热量表的热量计量数学模型超声波热量表是在超声波流量计的基础上添加温度传感器实现温度的测量，通过测出管道内水流量和供、回水温差来计算用户所消耗的热量。

水流经过热交换系统时，依据流量传感器测出的流量和温度传感器测出的供水温度、回水温度，以及TDC-GP22测出水流经过的时间，再通过CPU的计算就可以得到用户实际消耗的热量。

高精度时间数字转换器在超声波流量计量中的应用目前市场上先进的超声波流量计都采用高精度时间转换器即TDC-GP2 芯片，该芯片内部通过特殊的设计和布线方法来保证每个门电路的时间延迟严格一致，但这个时间延迟是会随供电电压和温度而变化的，因此TDC-GP2 设计了一个参考时钟用来对门电路的延时进行校准，同时这个参考时钟也会在被测时间较长时介入时间丈量。

TDC-GP2的高精度时间丈量原理其中Toffset 包含换能器的响应时间、电路元件造成的延时等。

每个门电路的传输延时典型值是65ps，TDC 核心丈量单元通过计数在STOP 脉冲到来之前START 信号通过的门电路个数来获得START 与STOP 信号之间的时间距离。

时差法超声波流量丈量的枢纽是对超声波传播时间的丈量，德国ACAM 公司的时间数字转换芯片TDC-GP2 提供典型值65ps 的时间分辨率，丈量范围从0 到4ms。

前言。

相对于使用分立元件或者FPGA的超声波流量计方案，使用TDC-GP2的方案大大简化了硬件电路设计，明显降低了整机功耗，成为电路最简洁、功耗最低的超声波流量计方案。

因为顺流和逆流路径的一致性，顺、逆流的Toffset 是一样的。

超声波流量计的丈量原理相对于使用传统丈量方法的流量计，超声波流量计有着诸多的长处：它不会改变流体的活动状态，分歧错误流体产生附加阻力；它可适应多种管径的流体丈量，不会因管径的不同增加仪表本钱；它的换能器可设计成夹装式，可作移动性丈量。

TDC-GP2作为高精度的时间丈量芯片，不但集成了时间丈量功能，还针对超声波流量计和热量表的应用提供超声波换能器驱动脉冲以及温度丈量功能。

如图3 所示，TDC 核心丈量单元只丈量TFC1 和TFC2，而TCC 则通过数参考时钟的周期数来完成丈量，待测时间TSS 便可通过如下计算获得：如图2 所示，TDC 核心丈量单元对START 和STOP 脉冲之间的时间距离进行丈量。

顺、逆流传播的时间差为：如图1 所示，超声波在静止流体中的传播速度用C 表示，则顺流和逆流的传播时间分别为：以使用较多的时差法超声波流量计为例，通过分别丈量超声波在流体中顺流和逆流的传播时间，利用流体流速与超声波顺流逆流传播时间差的线性关系计算出流体的实时流速，进而得到对应的流量值。

TDC-GP21在超声波热量表中的应用前言相对于使用传统机械式的测量方法，超声波测量技术提供了一种无阻碍式的测量方法。

在这种技术的支持下，我们设计出的新一代超声波热量表没有了活动部件、电路更加的紧凑简单、功耗更低、精度更高。

而为超声波热量表市场量身定做的TDC-GP21 必将为你提供一个完美的解决方案。

关键字：TDC-GP21，时间数字转换器，超声波流量计，热量表，时间测量，低功耗超声波热量表的测量原理以使用较多的时差法超声波热能量表为例，通过分别测量超声波在流体中顺流和逆流的传播时间，利用流体流速与超声波顺流逆流传播时间差的线性关系计算出流体的实时流速，进而得到对应的流量值。

再分别测出进出水的温度，通过求得差值获得温度系数。

将流量值和温度系数带入公式即可获得单位热量。

如图1 所示，超声波在静止流体中的传播速度用C 表示，则顺流和逆流的传播时间分别为：其中包含换能器的响应时间、电路元件造成的延时等。

由于顺流和逆流路径的一致性，顺、逆流的是一样的。

顺、逆流传播的时间差为：由此得到流体流速V 和瞬时流量Q 的计算公式（K 为流速分布修正系数）：再通过K 系数法，我们就可以得出热量E：德国ACAM 公司针对超声波热量表市场新推出的TDC-GP21 TDC-GP21 是德国ACAM 公司在TDC-GP2 的基础上发展的新一代产品。

除了具有TDC-GP2 所具有的高精度时间测量，高速脉冲发生器，接收信号使能，温度测量和时钟控制等功能外，它还集成了施密特触发器，斩波稳定的内部比较器和模拟开关等特殊功能模块，使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量方面的应用。

这款芯片利用现代化的纯数字化CMOS 技术，将时间间隔的测量量化到22ps 的精度，给超声波热量表的时差测量提供了一个完美的解决方案。

1、TDC-GP21 的技术核心——时间数字转换器（TDC）TDC—即时间数字转换器(Time-to-Digital Converter)，。

1 介绍
2
1.1 系统概述 ....................................................................................................................2
1.2 目录 ..........................................................................................................................3
• 单通道，典型分辨率可达 50ps rms • 测量范围 500ns——4ms • 间隔脉冲对分辨能力为两个校准时钟周期，可进行 3
次采样
• 输入信号可以选择上升沿/下降沿单独触发，或者上升 沿和下降沿同时触发
• 3 次采样中分别由三个去噪声窗口过滤
Fire1 Fire2
Start EN_Start
5 详细描述和特殊功能
25
5.1 振荡器 .....................................................................................................................25
5.1.1 高速振荡器......................................................................................................25
3.2.3 数据处理 ........................................................................................................20

WRN RDN CSE ALE
应用
n 有4个端口可用来测量电阻、电感或者电容 n 可选择上升沿或下降沿触发 n Stop使能管脚 n 最多可达4个校准测量值和8个非校准测量值 n 参考时钟频率范围500kHz到35MHz，（采用内部分
频器可达100MHz） n 工作电压：2.7V到5.5V n 工业温度范围：-40 °C到85 °C n TQFP44封装
PLL
Precounter for Measurement Range 2 16 Bit
CAL_CLK
11 Control Registers
8 Result Registers 2 Status Registers Ref_PLL register
6
8-Bits 4-Bits Data Address
模式 测量范围 1
测量范围 2
精度可调节模式
通道 2 1 1
2 1
TDC-GP1结构图
RLC_Ports
1..4
Charge Sense
Stop 1 Stop 2 Start 1
Ref_CLK
RLC-Unit
Channel 1 15-Bit Fine Count 250 ps Resolution
Measuring Unit
2. PICOSTRAIN-革新应变电阻测量尖端
2.1 简介 2.2 PSØ21 2.3 PSØ81 2.4 PSØ9 2.5 PSØ81/PSØ9-EVA-KIT 2.6 DLC-EVA-KIT 2.7 PSA21 2.8 ALCS-350
3. PICOCAP-电容数字转换器
3.1 简介 3.2 PCapØ1 3.3 PCapØ1-HUM-DEMO 3.4 PCapØ1-PRES-EVA

0 引言
时间间隔在很多领域有着广泛的应用。高精度的时间间隔 测量技术，尤其是皮秒量级的测量技术尤为重要，在原子物理、 天文实验、激光测距、定位定时、航天遥测遥控、自动检测设备 以及数字通信中的角度调制信号解调和数字示波器等领域有 着广泛的应用。本文目的是提高磁致伸缩位移传感器的精度， 对于通过测量时间来计算位移原理的位移传感器，时间间隔测 量的准确性决定了磁致伸缩位移传感器的精度。本文介绍了 ACAM 公司产生的第二代 TDC－GP2 芯片，详细叙述了基于 TDC－GP2 芯片的时间间隔测量方法及硬件结构设计，为解决 短时间间隔高精度测量提供了一种实际可行的方法。
140
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
即 1.81 μs。校准测量采用图 4 所示的数学计算模型来计算。
由于门电路延时受温度和电压的影响，因此 4 MHz 晶振是
计数测量值 Cal2
REGX
Cal1
为了校准而设置的一个基准。当使用陶瓷晶振时，由于其频率的 误差非常大，所以需要在测量时用 32.768 kHz 的晶振对高速晶 振进行校准。若选用温度稳定性非常高的石英晶振，在测量时就 不用对高速晶振进行校准，因为这种晶振能够完全满足系统测 量的要求。该系统使用 C8051F340 单片机作为系统控制器。其
用户 B 时间信号
图 2 时间测量示意图 非校准结果计算这种方式可直接读取转换寄存器的值，将 对应的数据值乘以 65 ps，则得到非校准的时间测量值。 校准测量计算这种方式的目的在于消除芯片由于电压和 温度等环境因素变化带来的测量误差。TDC－GP2 通过测量门 电路的传输延迟计算时间间隔，在电路芯片内部，传输延迟受 当前温度和工作电压的影响，测量芯片会将周围环境相关的因 素引入测量结果。温度、电压等变化的随机性，带来测量结果的 随机性，并且不具有重复性和结果重现性，不能准确得到实际 的时间间隔值。为保证不同环境条件下对同一个值的多次测量 得到同样的测量结果，必须对测量结果进行某种校准计算， TDC－GP2 的校准计算采用在对外部脉冲测量的同时测量一个 已知的时间间隔，测量完成后根据高稳定时间值的测量结果， 对外部测量结果与已知时间间隔的测量值进行比对，消除因为 温度和电压变化而带来的误差。TDC－GP2 的校准测量要求芯 片由一个外部相对稳定的时钟信号，校准测量时 TDC－GP2 测 量参考时钟的一个和两个参考时钟信号来获得校准基准值。测 量过程如图 3 所示，Cal1 和 Cal2 分别表示用来进行校准的一个 和两个时钟周期的测量结果。

超声波热量表的最佳解决方案--acam TDC-GP2 方案
长期以来，我国北方地区城镇居民采暖一般按住宅面积而不是实际用热量收费，导致用户节能意识差，造成严重的资源浪费，显然该计量方法缺乏科学性。

随着能源短缺，国家提倡节能减排，这种粗放式的供暖方式严重违背了环保概念，随之而来的是分户计量，按需取暖的供暖方式。

在八十年代初，欧美等发达国家的热量表使用已相当普遍，热力公司以热量表作为计价收费的依据和手段，节能20%～30%。

作为建筑节能的一项基本措施，国家建设部已将热量计量收费列入《建筑节能九五计划和2010年规划》：对集中供暖的民用建筑安装热表及有关调节设备并按户计量收费的工作，1998年通过试点取得成效，开始推广，2000年在重点城市新建小区推行，2010年全面推广。

目前计量改革正在逐步展开，供热改革也在同时进行。

而作为计量改革中的一个非常重要的环节，分户计量的热量表也迎来了一个非常好的发展时期。

不同性能的热量表分析
目前市场上的热量表有多种，按照不同的标准有不同的分类。

按物理特性可分为有磁热量表和无磁热量表。

所谓有磁热量表是指在流量信号采集上采用磁性(磁铁)传感器，如韦根，霍尔，干簧管等。

现在霍尔、
干簧管采集信号已经被市场淘汰。

通常所说的有磁一般都指韦根热量表。

而无磁热量表是指热量表在流量信号采集上利用电感振荡原理或超声波原理取得的，没有任何磁铁及磁性物质。

由于国内供暖环境差，热水中掺杂着大良的杂质，其中包括金属等，这对于有磁热量表来说是一个很大的挑战，以至于目前有磁热量表在国内没有市。

万方数据　万方数据２００９年第１期仪表技术·６１·从图４超声波接收波形来看，可以得到起振以后正弦波个数，各个正弦波的大致起止时间ｒ。

一ｒ。

，ｒ。

，一ｒ。

：。

ｙ。

和矿。

确定了接收波形的峰值范围，以此来确定两次收发过程波形的一致性，这给判断该次测量的可靠性提供依据。

根据两次过零点波形，分别对两次过比较阈值点时间的可靠性进行判断，确定ｒ．，～乙、瓦。

一叱各自对应过零点的位置。

在过零点波形分析中，要考虑在过零点处可能存在的噪声干扰引起的误触发波形。

根据第一个有效波形的上升过程和下降过程中两个比较阈值计算出的时间Ｌ。

，ｒ。

，％，ｒ。

：可以推算出对应正弦波的表达式Ｖ＝ａｓｉｎ（２矽＋９）。

求解出ｙ＝０时的时间便是所求的过零点疋．的值。

控制发送换能器反向发射超声波，同样也是发射相同的波形２次，根据以上的过程再做一次，求出在反向发射超声波时接收波在相同位置过零点的时间ｒ出的值。

ｒ。

一ｒ：。

的绝对值便是正反向超声波的时间差。

根据公式秒＝｝寻·÷笔便可以求出流体的流速，乘ｓｌｎ，￡仃上管道截面积就能算出流量了，公式为：ｑ。

＝∥·Ａ＝１ｒ·Ｄ２／４·秽＝Ｋ·砂式子中Ａ为管径节面积；Ｖ为流体流速；ｑ，为体积流量；Ｄ为管道内径。

４结束语超声波时间测量是超声波流量计当中的一个很重要的环节，因为超声波顺流和逆流的时差十分微小，测量时间的精度要求很高，测量时间的精度又直接影响到了流量计的精度，因此时间间隔测量在整个超声波流量计系统中占有非常重要的地位。

ＴＤＣ—ＧＰ２是一款高精度的时间测量芯片，它具有６５ｐｓ量级的时间间隔测量精度。

在超声波流量计时间测量系统中运用ＴＤＣ—ＧＰ２大大提高了超声波流量计的测量精度。

本文为实现ＴＤＣ—ＧＰ２在超声波流量计时间测量中的应用提供了一个技术方案，在实际流量测量中，还存在流量管道气泡杂质等影响，从而影响流量测量的精度，这是有待改进的。

solutions in time
TDC-GP21 --- 超声波热量表最佳选择
TDC-GP2 的增强版芯片
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solutions in time
TDC-GP2 目前情况
在欧洲以及其他地区:
• 超声波水表：潜力巨大，一些在欧洲应用TDC-GP2项目开发工作已经开始或者已 经接近尾声 (市场潜力: >2Mio./年) •超声波气表: 市场逐步增加, 尤其在东欧，俄罗斯以及印度市场潜力具体大(市场潜 力 欧洲+印度: >1Mio./年) •超声波热量表：将会进入革命性改动阶段，体积小，成本低的产品, 准备取代机械 试热表. Acam已经做好准备，进入欧洲热量表市场 (欧洲超声波热量表潜力: 600800k/年)
ห้องสมุดไป่ตู้
在中国:
•很多数客户已经应用TDC-GP2的测量方案，有较好的市场基础，非常适合这个市场
• 超声波热量表市场逐年增长，预计在未来三年中国市场将会有巨大增长 • TDC-GP2在超声波热量表市场过去几年稳步增长。在 2010年增长非常迅速，造成 供货紧张，相信在2011年将会有更大的增长
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solutions in time
TDC-GP21相比较TDC-GP2将会给超声波热表带来革命性的改变。它将会提供给客 户更多提高整表质量以及降低整表成本的可能。
TDC-GP21 将会是中国市场上性价比最高的超声波热表方案
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solutions in time
应用TDC已经实现的革新方案
TDC时间数字转换器的专利时间测量电路，实现高精度，低功耗，以及非常紧凑的热表设 计
TDC-GP21的价格策略以及目前的进展
GP2及GP21价格策略：

TDC-GP22在高精度超声波热量表中的应用田海军;刘炜明;刘炜正;刘薇【摘要】The TDC-GP22 low power consumption and high precision measurement chip, based on time digital conversion technology was adopted to measure the water velocity and water flow through ultrasonic wave propagation time differience along with the water and against the water.K coefficient method was used on flow and time difference for integral to get bining stmicroelectronics company low-power microcontroller STM32F103C8T6, ultrasonic heat meter software system and hardware system design were completed, improving the measurement precision and reducing the power consumption and cost.Repeated measurement results show that the heat meter with high accuracy can meet the requirements of heat meter industry standard grade 2.%采用TDC-GP22芯片测量超声波在水中顺流和逆流传播时的时间差来间接测算水速和水流量,用K系数法对流量和温度差进行积分求出热量.结合STM32F103C8T6低功耗单片机,完成了对超声波热量表软件系统和硬件系统的设计,提高了测量精度,降低了功率消耗和成本的投入.经多次测量结果证明:该超声波热量表测量精度可达热量表行业标准的2级要求.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】4页(P34-37)【关键词】超声波;热量表;TDC-GP22;STM32F103C8T6;低功耗;高精度【作者】田海军;刘炜明;刘炜正;刘薇【作者单位】东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林 132012;东北电力大学经济管理学院,吉林吉林 132012【正文语种】中文【中图分类】TP212利用时差法原理，选取超低功耗的STM32F103单片机配合高测量精度的计时芯片TDC-GP22，提出了一种使用寿命长、精度高、功耗低、成本少的超声波热量表。

TDC-GP21完美适合超声波热量表的解决方案
朱登科
【期刊名称】《供热制冷》
【年(卷),期】2011(000)008
【摘要】从2009年开始,中国北方供热计量改革才真正进入快速推进时期。

未来几年,北方各地将加快供热计量改革的力度,按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的重点工作。

而超声波热量表由于其测量方式无接触部件、低压降、低能耗、高精度测量等优势,正在逐渐取代机械式热量表成为北方供热供暖计量方案的首选。

【总页数】2页(P32-33)
【作者】朱登科
【作者单位】德国acam公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU832.1
【相关文献】
1.基于TDC-GP21的超声波液体流量测试系统设计 [J], 任仁良;阮洪业
2.一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现 [J], 陈晔;王立辉
3.超声波时差法与TDC-GP21的风速风向传感器设计 [J], 丰颖; 张德胜
4.一款基于TDC-GP21的低功耗热量表设计与实现 [J], 陈晔;王立辉
5.TDC-GP21的新型无线低功耗超声波热能表 [J], 余秋军;王梓龙;杜娟;金启刚
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