一、超聲波TOF測量技術原理

超聲波飛行時間（TOF）技術通過計算超聲波發(fā)射與回波接收的時間差，結合介質聲速特性，實現(xiàn)液位、流量、濃度等參數(shù)的精準檢測。其技術優(yōu)勢包括：

◆非接觸式測量：適用于腐蝕性液體、高溫高壓等復雜工況。

◆高適應性：可穿透透明/半透明介質，適配多相流檢測。

◆高性價比：相比激光或雷達方案，成本更低且易于集成。

典型應用場景：

液位檢測：儲罐液位監(jiān)控、水庫水文監(jiān)測。

流量檢測：管道內液體/氣體流速測量。

濃度檢測：溶液濃度分析（如糖度、酸堿度）。

二、瑞盟超聲波TOF方案核心器件解析

1.信號采集：SAR ADC與Σ-Δ ADC

瑞盟提供兩類ADC芯片，覆蓋高速與高精度需求：

◆SAR ADC系列：

MS5173M/MS5172M：12位分辨率，1MSPS采樣率，低功耗設計，適用于快速動態(tài)信號采集。

MS5182N/MS5189N：16位分辨率，200kSPS采樣率，支持差分輸入，抗干擾性強。

◆Σ-Δ ADC系列：

MS5146T/MS5147T/MS5148T：24位超高分辨率，內置PGA（可編程增益放大器），噪聲低至1.5μV，適用于微弱信號檢測（如低濃度溶液聲速變化）。

2.時間數(shù)字轉換器（TDC）：MS1030與MS5350

MS1030（兼容MS1022）是一款針對超聲波流量高精度測量電路，它具有高精度，高穩(wěn)定性，高效率的特點。它的測量精度15ps，測量范圍500ns-4ms@4MHz。在第一波模式情況下，內部比較器的offset可編程范圍為±127mV，而且還另外增加了-128/124mV的比較偏置電壓；單向測量回波最多達 8個回波脈沖，內嵌順逆流自動測量模式，測量完成后，順流和逆流的 8個回波脈沖值及 8個回波脈沖的和均有獨立的結果寄存器。該測量模式既提高精度，也大大降低了測量功耗。該電路的封裝管腳和 MS1022完全兼容，客戶在替換上非常便捷。

MS5350是一款高精度時間測量電路，它具有高精度，高穩(wěn)定性，高效率的特點；它的測量精度高達15PS，測量范圍在4MHz時從500nS到16mS，在第一波模式情況下，內部比較器的offset可編程范圍為±127mV，而且還另外增加了±64mV的比較偏置電壓；測量最多 8個回波脈沖，測量完成后 8個回波脈沖值及 8個回波脈沖的和均有獨立的結果寄存器，該測量模式既提高精度，也大大降低了測量功耗。

3.模擬前端（AFE）：MS1000TA與MS1011TA

◆MS1000TA（同TDC1000）是一款超聲波測量模擬前端芯片，廣泛應用于汽車工業(yè)和消費類電子。該芯片具有高度的靈活性，發(fā)射脈沖個數(shù)、頻率、增益及信號閾值均可配置。同時，接收通道參數(shù)也可以靈活配置，從而適用于不同尺寸容器、不同液體介質的測量。

MS1000TA有多種工作模式，從而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量計、距離測量等設備的理想選擇。MS1000TA內置低噪聲放大器，使其在低流量測量條件下，也可以實現(xiàn)非常低的噪聲，從而保證皮秒級的分辨率和精確度。測量距離最大可達4毫秒×聲速，發(fā)射通道支持單通道和雙通道，頻率范圍31.25kHz到4MHz，最大可發(fā)射31個脈沖，接收通道：STOP信號的抖動50ps，內置低噪聲運放與可編程的放大倍數(shù)運放，可通過外接濾波電路方式實現(xiàn)噪聲濾波，比較器閾值可配置，雙向/單端飛行時間測量可實現(xiàn)自動切換，可選擇長距離測量模式或短距離測量模式，溫度測量：可接PT1000/500兩種RTD電阻。

◆MS1011TA是一款超聲波測量模擬前端芯片，廣泛應用于汽車工業(yè)和消費類電子。MS1011有多種工作模式，從而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量計等設備的理想選擇。MS1011內置低噪聲放大器，使其在低流量測量條件下，也可以實現(xiàn)非常低的噪聲，從而保證皮秒級的分辨率和精確度。測量距離最大可達4毫秒×聲速，發(fā)射通道支持單傳感器應用，頻率范圍31.25kHz到4MHz，最大可發(fā)射31個脈沖，接收通道：STOP信號的抖動50ps，內置低噪聲運放與可編程放大倍數(shù)的運放，可通過外接濾波電路方式實現(xiàn)噪聲濾波，比較器閾值可配置，溫度測量：可接PT1000/500兩種RTD電阻。

三、技術方案優(yōu)勢

全鏈路覆蓋：從超聲波發(fā)射驅動、信號調理到高精度時間/模數(shù)轉換，提供完整芯片級支持。

靈活配置：SAR ADC與Σ-Δ ADC可選，滿足不同場景的速度與精度平衡需求。

工業(yè)級可靠性：工作溫度范圍-40℃～125℃，符合工業(yè)設備嚴苛環(huán)境要求。

四、典型應用案例

案例1：化工儲罐液位監(jiān)測

◆方案設計：采用MS1000TA驅動40kHz超聲波探頭，MS5173M進行回波信號數(shù)字化，MS1030實現(xiàn)時間差測量。精度可達±1mm，支持液位超限報警功能。

案例2：管道氣體流量測量

◆方案設計：使用MS1011TA調理多普勒效應信號，MS5148T進行24位高精度采樣，結合MS5350計算流速。動態(tài)范圍達100:1，適配大流量波動場景。

案例3：溶液濃度在線檢測

◆方案設計：基于聲速與濃度相關性，利用MS5189N采集超聲波傳播時間，通過算法反推濃度值。支持0.1%濃度分辨率，適用于食品加工與制藥行業(yè)。

五、技術支持與采購渠道

杭州瑞盟科技有限公司授權代理商深圳市億旸科技有限公司提供方案定制、樣片申請與批量供應服務。

聯(lián)系人：朱一帆 電話：18126125171 13714033198（微信同號） 郵箱：709365451@qq.com

結語

杭州瑞盟通過高性能ADC、TDC與AFE芯片的組合，為超聲波TOF測量提供高性價比、高可靠性的解決方案，助力工業(yè)自動化與智能傳感設備升級。

（注：文中技術參數(shù)來源于瑞盟科技官網及公開數(shù)據(jù)手冊，實際設計需以官方技術文檔為準。）

審核編輯 黃宇