超声波脉冲计数法主要原理是，发射信号时同步脉冲计数，接收信号波的时候关闭脉冲计数器，但是此时可能不是整数个脉冲，所以用到了锁相环的技术，即输出波形与脉冲通过鉴相器比较相位是否一致，不一致的话比较结果控制VCO压频振荡器，是相位慢慢减少，锁相环稳定的时候，相位一致，传输时间正好是整数，通过读取VCO频率获得时间差。这要求VCO的频率范围很大，VCO的震荡频率也在某一中心震荡，所以也存在误差。

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       脉冲计数法是一种粗测时方法，它的精度取决于计数脉冲的频率的大小，当频率大时，脉冲分辨率就高，测时精度也就越高，反之越低。但是由于受硬件的限制，脉冲频率不可能无限增加，因此该方法一般使用在精度要求不高的测时场合。但是它是测时方法的基础，其后出现的高精度测时方法都是基于脉冲计数的改进型方法。在此以利用脉冲计数法对超声波传播时间进行计时为例，讲述该方法的工作原理以及存在的问题。为了让计数脉冲计数开始的时刻与超声波发射的时刻保持一致，我们利用该计数脉冲同时作为换能器的激励脉冲，这样就可以保证开始时刻的一致性。当超声波传到接收换能器时，接收换能器将产生一个电信号，我们称之为接收信号，然后通过硬件电路对该信号进行处理，以获得计数停止信号，至此计时过程结束。然后读取计得的脉冲个数n，知道计数脉冲的频率f，可得时间t=n/f。通过硬件计数器对脉冲计数所得计数值一定为整数，这样便带来问题，当计数停止信号与计时脉冲不同相时，实际被测时间是非整数个脉冲，误差便产生了。该种方法想要的理想情况如图所示，即要求计数停止信号与计时脉冲同相，计得脉冲数刚好为整数，由于计时停止信号的相位无法确定，所以计数脉冲的频率就不能设为一个固定值，为此人们便将锁相环技术应用进来，以实时修正技术脉冲频率，减小测时误差，这便是下面将要讲述的锁相环路法。

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       锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成，锁相环组成的原理框图如图所示。锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号Ui和输出信号Uo。的相位差，并将检测出的相位差信号转换成Ud(t)电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压Uc(t)，对振荡器输出信号的频率实施控制，直至输入信号和输出信号的相位相同。 

      锁相环路法即是采用锁相环原理的一种改进的应用于时差法超声波流量计的测时方法，其基本结构如图2.6所示。工作原理如下:由压控振荡器VCO的振荡频率或其分频后的频率作为测时系统的计时频率，每次在发射超声波信号时同步打开传播时间计数器开始对脉冲计数;在接收端，超声波信号到达后立即关闭脉冲计数器，并将接收波形与计时脉冲通过鉴相器进行相位比较，比较结果继而控制VCO的振荡频率发生改变，使得计时脉冲与接收信号之间的相位差逐渐减小。当锁相环路工作稳定时，此时计时脉冲与接收信号之间的相位差为零，传播时间计数器的计数值恰好为整数，这样就消除了计时脉冲的相位误差;读取VCO此时的振荡频率进行计算即可得时间值。但是该方法要求所用的锁相环具有较大的频偏范围，而且由于所要求的频率变化范围很大，即使所采用的锁相环电路的频偏达到要求并且工作在稳定状态下，VCO的振荡频率也是在某一中心频率左右摆动，存在频率不稳定引起的误差分量。

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参考：硕士论文《超声波热量表的设计和研发》