PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA MEDICION DIGITAL MUY EXACTA DE UNA SEÑAL ANALOGICA.

Procedimiento para la medición digital muy exacta del tiempo de propagación de una señal (US1) de ultrasonido a través de un fluido,

que comprende al menos los siguientes pasos del procedimiento:

- generación de una señal (fT) de impulso,

- la señal (US1) de ultrasonido es transmitida sobre un tramo (11) de medición entre un convertidor (10) de transmisión y un convertidor (12) de recepción,

- medición de la señal de ultrasonido como señal (US2) analógica,

- generación de una señal (fE) de salida en el momento en el que la señal analógica rebasa un valor (Uref) de referencia,

caracterizado porque

- a partir de la señal (fT) de impulsos se genera por división con el cociente 2n (n = 1, 2, 3, ...) un impulso (fM) de medición,

- a partir de impulso (fM) de medición se extrae la señal (US1) de ultrasonido,

- en un primer paso de calibrado

- se carga durante un periodo completo de la señal (fT) de impulso el condensador ( C) con una corriente (Ik) constante,

- después se explora y mantiene la tensión de carga del condensador (C),

- después se transforma la tensión de carga del condensador (C) en un valor digital de comparación

- en un paso de medición siguiente

- se almacena, comenzando con la transmisión de la señal (US) de ultrasonido, un primer intervalo (T1) de tiempo equivalente a un múltiplo (m) entero del periodo de la señal (fT) de impulsos,

- después se carga, desde el final del primer intervalo (T1) de tiempo hasta la aparición de un determinado flanco, con preferencia el flanco siguiente, de la señal (fE) de salida, el condensador (C) con la corriente (Ik) constante,

- después se explora y mantiene la tensión de carga del condensador (C),

- después se transforma la tensión de carga del condensador (C) en un valor digital de medida,

- por división del valor digital de medida con el coeficiente digital de comparación se calcula un segundo intervalo (T2) de tiempo como fracción de un periodo de tiempo del impulso (fM) de medición

- y del primer intervalo (T1) de tiempo y del segundo intervalo (T2) de tiempo se determina el tiempo de propagación de la señal de ultrasonido

Procedimiento y dispositivo para la medición digital muy exacta de una señal analógica.

El invento se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 para la medición digital muy exacta del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido a través de un fluido. Se refiere, además, a dispositivos según el preámbulo de la reivindicación 7 para la realización del procedimiento.

A través del documento DE 38 34 938 C se conoce un circuito para la medición digital de una información analógica, en especial de la separación en el tiempo de dos estados sucesivos de al menos una señal. El circuito comprende un condensador de integración, que durante una fase de carga es cargado a través de la conexión en paralelo de una primera y de una segunda resistencia hasta una tensión, que representa la información analógica. Un primer interruptor conectado en serie con la primera resistencia y controlado por un dispositivo de mando interrumpe al finalizar la fase de carga el flujo de corriente a través de la primera resistencia, de manera, que el condensador de integración ya sólo es cargado durante la fase de variación de la carga siguiente a través dela segunda resistencia. Esta carga adicional se mantiene hasta que la tensión del condensador alcanza un valor umbral prefijado vigilado por un comparador. Dado que la segunda resistencia posee un valor de resistencia mayor que la conexión en paralelo de la primera y de la segunda resistencia, la constante de tiempo de carga durante la segunda fase es mayor que la constante de tiempo de carga de la primera fase. Un contador cuenta durante la segunda fase los impulsos periódicos de una señal de impulsos de referencia. El resultado de cómputo del contador es leído, una vez finalizada la fase de variación de la carga, por un dispositivo de evaluación. El inconveniente de este circuito es que la segunda fase de carga resulta tanto más corta cuanto más grande es el intervalo de tiempo a medir, de manera, que los tiempos de medición grandes se cuentan de una manera menos exacta que los tiempos de medición pequeños. Además, el condensador de integración no es cargado linealmente a través de la resistencia, sino de acuerdo con una función e.

A través del documento EP 0 662 650 B se conoce un dispositivo para la medición de intervalos de tiempo pequeños. En él se recurre para la medición a un paquete de impulsos formado por una gran cantidad de impulsos individuales sucesivos. Los impulsos individuales, que poseen un ancho desconocido, se suman para formar una suma de registro, que es algo mayor que un intervalo de registro prefijado. La suma de registro de multiplica con un factor de ampliación para obtener el tiempo de muestreo. El propio tiempo de muestreo es medido por medio de impulsos de muestreo. Finalmente se determina el ancho medio de los impulsos individuales como intervalo de tiempo de medir a partir de la relación entre el tiempo de muestreo y el producto de la cantidad de impulsos individuales y el factor de ampliación. Después de una cantidad prefijada de ciclos de medición se introduce un ciclo de calibrado para el calibrado del factor de ampliación. Para ello se utilizan en lugar de los impulsos individuales con un ancho desconocido impulsos de calibrado con un ancho conocido. El circuito divulgado utiliza un condensador de concentración, que es descargado y cargado alternativamente durante los impulsos individuales sucesivos por medio de dos fuentes de corriente constante hasta que la tensión de carga del condensador pasa, partiendo de un valor máximo, por debajo de un valor umbral.

El inconveniente de este circuito es su coste relativamente alto debido a la utilización de dos fuentes de corriente constante, de dos comparadores y de dos fuentes de tensión de referencia.

En el documento US 4 966 150 se describe otro procedimiento para la determinación del tiempo de propagación variable de una señal de ultrasonido. Este procedimiento sirve para calcular, por un lado, la separación entre un emisor de ultrasonido y un receptor de ultrasonido y una pared móvil, por otro. El procedimiento conocido define una ventana de tiempo dentro de la que se detecta la señal de ultrasonido. Esta ventana de tiempo tiene un ancho fijo y es desplazada por medio de una aproximación sucesiva de un periodo de tiempo de medición a otro. Para la medición del tiempo se utiliza un contador digital.

A través del documento US 5 101 306 se conoce un convertidor analógico-digital integrado con el que se puede transformar una tensión analógica en un valor digital.

El presente invento se basa en el problema de divulgar un procedimiento para la medición muy exacta del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido a través de un fluido, que, con un coste mínimo y en el tiempo más pequeño posible, suministre el resultado deseado, siendo la resolución proporcional a la duración de la medición.

Este problema se soluciona con un procedimiento con las características de la reivindicación 1.

Merced al presente procedimiento es posible obtener una resolución con una exactitud en el margen de picosegundos al trabajar con frecuencias de impulso, que se hallan en el margen de megahercios de un solo dígito. Otra ventaja es que la mayoría los componentes del Hardware necesarios para ello, como generador de impulsos, divisor de impulsos, contador, convertidor analógico-digital y la fuente de tensión de referencia están presentes en los microcontroladores comerciales fabricados en serie. Además, el microcontrolador puede analizar y evaluar estadísticamente una serie de mediciones sucesivas, con lo que se mejora adicionalmente la exactitud de la medición.

Otra ventaja del procedimiento según el invento es que inmediatamente delante de una o de varias mediciones tiene lugar un calibrado. Esto significa, que las variaciones progresivas de los componentes del circuito, en especial del condenador de concentración o dela fuente de corriente constante, no influyen en la exactitud de la medida.

Se obtiene otro aumento de la exactitud de la medida combinado con la reducción del consumo de energía, cuando la carga del condensador se inicia después de haber transcurrido una determinada cantidad de periodos de impulsos. Esta cantidad determinada puede ser prefijada de manera fija, cuando se conoce el intervalo de tiempo en el que varía la magnitud a medir o se puede determinar de manera adaptiva por medio del microcontrolador a partir de una serie de mediciones sucesivas.

Como se mencionó más arriba, el procedimiento de medición según el invento halla una aplicación excelente en la medición del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido a través de un fluido, por ejemplo en la medición de consumos. Para ello se extrae de la señal de impulso una señal de ultrasonido, que se transmite sobre un tramo de medición entre un convertidor de transmisión de ultrasonido y un convertidor de recepción de ultrasonido. La señal recogida en el convertidor de recepción es comparada en el comparador con una tensión de referencia, representando la aparición de una señal, con preferencia de un determinado flanco, en la salida del comparador el final del intervalo de tiempo a medir.

El presente invento se basa también en el problema de divulgar un circuito para la medición digital muy exacta del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido a través de un fluido, en especial para la medición del consumo, por ejemplo de agua potable. Este problema se soluciona con un circuito con las características de la reivindicación 7.

La ventaja de este circuito es que la mayoría del Hardware necesario está contenida en los microcontroladores fabricados en serie. Unicamente es necesario conectar externamente el comparador, la fuente de corriente constante, el condensador de integración y el conmutador. La generación de los impulsos, la generación de tal tensión de referencia así como todos los procesos de cómputo y de cálculo son asumidos por el microcontrolador. Esto también es válido para la evaluación estadística de las series de medición. Igualmente es posible almacenar en el microcontrolador factores individuales de corrección para la medición del consumo.

Por medio del dibujo se describirá con detalle el invento a través de un ejemplo de ejecución. En el dibujo muestran:

La figura 1, un circuito para la medición del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido.

La figura 2, los correspondientes diagramas impulso-tiempo.

La figura 1 muestra de manera puramente esquemática un...

1. Procedimiento para la medición digital muy exacta del tiempo de propagación de una señal (US1) de ultrasonido a través de un fluido, que comprende al menos los siguientes pasos del procedimiento:

caracterizado porque

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el valor de medida es determinado a partir de la suma T₁ + T₂.

3. Procedimiento según la reivindicación 1ó 2, caracterizado porque el valor de medida es determinado a partir de la diferencia T₁ - T₂.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque para mantener la tensión de carga del condensador (C) se utiliza un circuito (6) Sample-And-Hold.

5. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para la conversión de la tensión del condensador en un valor digital se utiliza un convertidor (7) A/D.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5 para la medición del tiempo de propagación de una señal de ultrasonido a través de un fluido, caracterizado porque la señal (US2) analógica es comparada en un comparador (14) con la tensión (U_ref) de referencia.

7. Circuito para la medición digital muy exacta del tiempo de propagación de una señal (US) de ultrasonido a través de un fluido, que comprende al menos

caracterizado por

que en un primer paso de calibrado,

que en un paso de medición siguiente

8. Circuito según la reivindicación 7, que según el invento comprende, además, un conmutador (13), que conecta alternativamente el convertidor (10, 12) de ultrasonido como convertidor de transmisión y como convertidor de recepción.