【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波换能器，具体为一种超声波换能器的差分驱动方法。
技术介绍
1、随着物联网的快速发展，作为环境感知核心部件的传感器变得越来越重要，其中，超声波传感具有成本较低、应用相对容易的优点，被广泛用于短距离的测距，以及气体、流体的流速测量，超声波传感需要使用到超声波换能器，在工作时，发射端的换能器将电信号转换成机械振动，从而推动所处介质的振动(气体或流体)，进而产生超声波，接收端的换能器等待超声波的回声，回声产生的机械振动再转换回电信号，只要已知所处介质的声速，通过得到的tof时间，可以简单地得到传播距离，更进一步地，想测量气体或流体的流速，需要两个换能器互为收发，得到两个换能器之间双向的tof时间，这两段时间的时间差会与管道内气体或液体的流速成正比。
2、图2示出了现有技术方案测距实现结构，两个换能器负端接地，ut1作为发射端，ut2作为接收端，fire1发射频率为换能器谐振频率的正脉冲，经过r1后接到ut1正端，接收端电阻r2作为ut2的负载，接收到回波后纺锥型正弦的电信号经过c2耦合到stop2，传回芯片进行处理，通过把fire1发波到stop2接收到回波的时间计时，就可得到tof时间，再与介质中的声速进行计算，即可得到ut1到ut2的距离，图3示出了现有技术方案测流速实现结构，换能器的发射和接收可互换，在测流速的系统中，ut1和ut2的距离固定，介质的声速固定，因此ut1到ut2的tof时间和ut2到ut1的tof时间只与介质的流速有关，通过互为收发的两次tof时间测量后，得到的时间差经过换算就能得到
3、在一些介质的流速测量中，由于介质的衰减较大，接收的回波转换的电信号很难被系统识别，这限制了系统在一些衰减大的介质的流速测量应用，本专利技术目的是，通过简单的改动，增大对发射端换能器的驱动幅度，从而增大换能器振动幅度，令接收回波转换的电信号幅值翻倍，从而适用于更多介质的流速测量。
技术实现思路
1、本专利技术提供的专利技术目的在于：通过fire1_n和fire2_n给负脉冲，对换能器进行差分驱动，增大了接收的电信号幅值，在工作电压较低、介质中信号衰减较大的情况下，能接收到更强的电信号，从而适用于更多介质的流速测量，增加的差分驱动不会导致换能器两端电压快速突变，而在应用上，休眠时使换能器两端接地，让换能器不会长时间加压，避免新增功能导致系统的使用寿命下降。
2、为了实现上述的效果，本专利技术提供如下技术方案：一种超声波换能器的差分驱动方法，包括以下步骤：
3、步骤一、电路连接：连接电路元件，在控制芯片上设置六个控制引脚，将每个控制引脚分别连接到电路中的对应位置。
4、步骤二、以ut1作为发射端，ut2作为接收端来发射与接收超声波。
5、步骤三、使用超声波传感器ut1和ut2测量介质流速。
6、步骤四、对阻抗匹配的负载电阻，以及信号从发射引脚到接收引脚的传输函数进行推导。
7、进一步的，所述步骤二中，所述电路元件包括两个超声波换能器ut1、ut2，两个电阻r1、r2和两个电容c1、c2。
8、进一步的，所述步骤二中，控制引脚分别是stop1、fire1、fire1_n、stop2、fire2和fire2_n。
9、进一步的，所述步骤二中，当ut1作为发射端和ut2作为接收端时，stop1引脚给高阻态，因此电容c1可忽略，fire1和fire1_n两个引脚分别给频率为换能器谐振频率的正脉冲和负脉冲，接收端这边的fire2、fire2_n引脚接地，此时若换能器ut2和电阻r2阻抗匹配，换能器接收到频率为谐振频率的回波后，产生纺锥形正弦波的电信号，通过电容c2耦合到stop2上，从而被芯片接收。
10、进一步的，所述步骤二中，fire1经过电阻r1后接到换能器的上极板，fire1_n直接接到换能器的下极板。
11、进一步的，所述步骤三中，所述测量介质流速的步骤为：
12、s301：在休眠状态下，fire1、fire1_n、fire2、fire2_n四个引脚都接地，保证换能器两端电压为0；
13、s302：ut1发射，ut2接收时，fire1_n先置1，等系统各模块准备好后，fire1、fire1_n分别发射频率为换能器谐振频率的正脉冲和负脉冲，同时系统开始计时，等待stop2接收到回波后停止计时，并记录下tof时间；
14、s303：结束第一次tof时间测量后，fire1_n置0，等待一段时间，让介质内的超声波充分衰减，避免下一次测量有误测量；
15、s304：第二次tof时间测量，让ut2发射，ut1接收时，fire2_n先置1，等系统各模块准备好后，fire2、fire2_n分别发射频率为换能器谐振频率的正脉冲和负脉冲，同时系统开始计时，等待stop1接收到回波后停止计时，并记录下tof时间；
16、s305：完成两次tof时间测量后，fire2_n置0，系统回到休眠状态；
17、s306：计算介质流速。
18、进一步的，所述步骤s306中，通过测试的两个tof时间的时间差，以及已知的ut1与ut2之间距离，和已知的介质内声速，可以简单换算得到介质流速。
19、进一步的，所述步骤四中，根据测距时的等效电路和换能器谐振时的等效电路进行推导。
20、本专利技术提供了一种超声波换能器的差分驱动方法，具备以下有益效果：通过fire1_n和fire2_n给负脉冲，对换能器进行差分驱动，增大了接收的电信号幅值，在工作电压较低、介质中信号衰减较大的情况下，能接收到更强的电信号，从而适用于更多介质的流速测量，增加的差分驱动不会导致换能器两端电压快速突变，而在应用上，休眠时使换能器两端接地，让换能器不会长时间加压，避免新增功能导致系统的使用寿命下降。
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1.一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述电路元件包括两个超声波换能器UT1、UT2，两个电阻R1、R2和两个电容C1、C2。
3.根据权利要求2所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S2中，控制引脚分别是stop1、fire1、fire1_n、stop2、fire2和fire2_n。
4.根据权利要求3所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S2中，当UT1作为发射端和UT2作为接收端时，Stop1引脚给高阻态，因此电容C1可忽略，fire1和fire1_n两个引脚分别给频率为换能器谐振频率的正脉冲和负脉冲，接收端这边的fire2、fire2_n引脚接地，此时若换能器UT2和电阻R2阻抗匹配，换能器接收到频率为谐振频率的回波后，产生纺锥形正弦波的电信号，通过电容C2耦合到stop2上，从而被芯片接收。
5.根据权利要求4所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S2中，
6.根据权利要求5所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述测量介质流速的步骤为：
7.根据权利要求6所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S306中，通过测试的两个TOF时间的时间差，以及已知的UT1与UT2之间距离，和已知的介质内声速，可以简单换算得到介质流速。
8.根据权利要求7所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据测距时的等效电路和换能器谐振时的等效电路进行推导。
...【技术特征摘要】
1.一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述电路元件包括两个超声波换能器ut1、ut2，两个电阻r1、r2和两个电容c1、c2。
3.根据权利要求2所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤s2中，控制引脚分别是stop1、fire1、fire1_n、stop2、fire2和fire2_n。
4.根据权利要求3所述的一种超声波换能器的差分驱动方法，其特征在于，所述步骤s2中，当ut1作为发射端和ut2作为接收端时，stop1引脚给高阻态，因此电容c1可忽略，fire1和fire1_n两个引脚分别给频率为换能器谐振频率的正脉冲和负脉冲，接收端这边的fire2、fire2_n引脚接地，此时若换能器ut2和电阻r2阻抗匹配...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明仑，苏奎任，
申请(专利权)人：广州拓尔微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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