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瑞盟超声波TOF测量技术解决方案

已有 346 次阅读2025-3-13 10:58 |个人分类:TOF| 杭州瑞盟, TOF, 超声波测量, TDC1000

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超声波飞行时间（TOF）技术通过计算超声波发射与回波接收的时间差，结合介质声速特性，实现液位、流量、浓度等参数的精准检测。其技术优势包括：

◆非接触式测量：适用于腐蚀性液体、高温高压等复杂工况。

◆高适应性：可穿透透明/半透明介质，适配多相流检测。

◆高性价比：相比激光或雷达方案，成本更低且易于集成。

典型应用场景：

1. 液位检测：储罐液位监控、水库水文监测。

2. 流量检测：管道内液体/气体流速测量。

3. 浓度检测：溶液浓度分析（如糖度、酸碱度）。

二、瑞盟超声波TOF方案核心器件解析 1. 信号采集：SAR ADC与Σ-Δ ADC

瑞盟提供两类ADC芯片，覆盖高速与高精度需求：

◆SAR ADC系列：

MS5173M/MS5172M：12位分辨率，1MSPS采样率，低功耗设计，适用于快速动态信号采集。

MS5182N/MS5189N：16位分辨率，200kSPS采样率，支持差分输入，抗干扰性强。

◆Σ-Δ ADC系列：

MS5146T/MS5147T/MS5148T：24位超高分辨率，内置PGA（可编程增益放大器），噪声低至1.5μV，适用于微弱信号检测（如低浓度溶液声速变化）。

2. 时间数字转换器（TDC）：MS1030与MS5350

MS1030（兼容MS1022）是一款针对超声波流量高精度测量电路，它具有高精度，高稳定性，高效率的特点。它的测量精度15ps，测量范围500ns-4ms@4MHz。在第一波模式情况下，内部比较器的offset 可编程范围为±127mV，而且还另外增加了-128/124mV的比较偏置电压；单向测量回波最多达 8 个回波脉冲，内嵌顺逆流自动测量模式，测量完成后，顺流和逆流的 8 个回波脉冲值及 8 个回波脉冲的和均有独立的结果寄存器。该测量模式既提高精度，也大大降低了测量功耗。该电路的封装管脚和 MS1022完全兼容，客户在替换上非常便捷。

MS5350是一款高精度时间测量电路，它具有高精度，高稳定性，高效率的特点；它的测量精度高达15PS，测量范围在4MHz时从500nS到16mS，在第一波模式情况下，内部比较器的offset可编程范围为±127mV，而且还另外增加了±64mV 的比较偏置电压；测量最多 8 个回波脉冲，测量完成后 8 个回波脉冲值及 8 个回波脉冲的和均有独立的结果寄存器，该测量模式既提高精度，也大大降低了测量功耗。

3. 模拟前端（AFE）：MS1000TA与MS1011TA

◆MS1000TA（同TDC1000）是一款超声波测量模拟前端芯片，广泛应用于汽车工业和消费类电子。该芯片具有高度的灵活性，发射脉冲个数、频率、增益及信号阈值均可配置。同时，接收通道参数也可以灵活配置，从而适用于不同尺寸容器、不同液体介质的测量。

MS1000TA有多种工作模式，从而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量计、距离测量等设备的理想选择。MS1000TA内置低噪声放大器，使其在低流量测量条件下，也可以实现非常低的噪声，从而保证皮秒级的分辨率和精确度。测量距离最大可达4毫秒×声速，发射通道支持单通道和双通道，频率范围31.25kHz到4MHz，最大可发射31个脉冲，接收通道：STOP信号的抖动50ps，内置低噪声运放与可编程的放大倍数运放，可通过外接滤波电路方式实现噪声滤波，比较器阈值可配置，双向/单端飞行时间测量可实现自动切换，可选择长距离测量模式或短距离测量模式，温度测量：可接PT1000/500两种RTD电阻。

◆MS1011TA是一款超声波测量模拟前端芯片，广泛应用于汽车工业和消费类电子。MS1011有多种工作模式，从而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量计等设备的理想选择。MS1011内置低噪声放大器，使其在低流量测量条件下，也可以实现非常低的噪声，从而保证皮秒级的分辨率和精确度。测量距离最大可达4毫秒×声速，发射通道支持单传感器应用，频率范围31.25kHz到4MHz，最大可发射31个脉冲，接收通道：STOP信号的抖动50ps，内置低噪声运放与可编程放大倍数的运放，可通过外接滤波电路方式实现噪声滤波，比较器阈值可配置，温度测量：可接PT1000/500两种RTD电阻。