未溶解的气体，或简称为“气泡”，会导致超声波信号的衰减。通过流体的流体混合物的密度的任何不连续性都会导致部分超声波沿着最终不会在接收换能器处建设性收敛的路径反射。气泡是一个极端的例子，因为在气液界面处密度的变化通常非常大。这表现为信号强度的损失，可能导致测量问题。

在与流体的声径相比气泡较小且分布均匀的应用中，其结果是恒定的衰减，可以通过放大发射信号或减小流体的声长来补偿。

在气泡浓度或大小不恒定的应用中，衰减变得可变，这种接收信号幅度的可变性可能导致MAX35103产生看起来不稳定的时间测量。考虑如图1中接收器上的正常换能器信号。

MAX35103配置为识别信号幅度超过可编程阈值时的第一个周期(t1)，在本例中为0.4。每个后续周期由另一个可编程阈值标识，在这种情况下(和典型情况下)是正过零。

MAX35103可以被编程为记录一组最多六个独立波的飞行时间，称为“飞行时间波”或“TOF波”。通常，这些波被编程为信号的指数分量稳定后出现的最大振幅。这里需要注意的重要事实是，记录在命中值寄存器中的TOF波的识别在时间上总是相对于t1波的。因此，如果t1波被错误识别(例如，没有达到阈值)，那么TOF波也会被错误识别。

为了说明这一点，考虑一个衰减的换能器信号，如图2所示。

实际的t1波发生在大约1µs，但由于流体中存在气泡，它没有达到0.4的阈值，因此不被识别为t1。相反，后续波被识别为t1波，因为它确实具有超过阈值的振幅。TOF波也延迟了一个周期;因此，命中值比预期的要大一个换能器振荡器周期。

问题的根源在于使用静态阈值来识别第一声波(t1)。理想情况下，这个阈值(由位域C_OFFSETUP和C_OFFSETDN定义)应该远远高于噪声底限，但又足够低，以便最早的波可能可靠地超过这个阈值。当间歇气泡通过流体时进行的测量可以导致在传输的后续波之前不超过阈值。

检测

如前一节所述，气泡会衰减换能器信号，从而导致MAX35103记录的命中值在时间上延迟一个或多个换能器振荡器周期。这可以通过查找命中寄存器中记录的值从一个TOF操作到下一个TOF操作的移位来通过编程方式检测。位移的幅度总是正的，并且总是换能器振荡周期的整数。

固件可以通过三种方式检测导致飞行时间偏移的衰减:

• 将命中寄存器中包含的飞行时间值与期望值进行比较。期望值可以是最近有效TOF操作的值。如果该差异对应于换能器振荡周期的一个整数的突然增加，则该样品应被认为是可疑的。

• 比较TOF差值(上下TOF测量值之间的差值，与流体通过流体的流量成正比)，以获得符号反转。符号反转是可能的，因为气泡引起的衰减在两个方向上不一定(而且经常是不一样的)。

• 将t1/t2比值值与期望值进行比较。该比率通常随着信号衰减而降低。前两种方法在检测衰减方面更健壮，但这是一种快速而简单的补充检查。
  
  

作为一个例子，考虑以下六个不受气泡衰减影响的测量命中值:

Hit1 = 62.0µs
Hit2 = 63.0µs
Hit3 = 64.0µs
Hit4 = 65.0µs
Hit5 = 66.0µs
Hit6 = 67.0µs

这些结果可以通过以下观察得到验证:

• T1 /t2比值符合预期(实验结果)。

• 这些值在时间上由振荡器周期的预期倍数分隔(在本例中为1MHz振荡频率的1个周期)。

• 从最早的飞行时间测量到最近的飞行时间测量值逐渐增加。

• 这些值与最近的样本周期相似，预计流量不会发生剧烈变化。
  
  

现在考虑相同方向的下一个TOF样本时间:

Hit1 = 63.2µs
Hit2 = 64.2µs
Hit3 = 65.2µs
Hit4 = 66.2µs
Hit5 = 67.2µs
Hit6 = 68.2µs

如果采样周期相对于流量的最大预期变化较小，则这些值表明信号衰减已经发生，因为这些值在时间上被前一个样本的大约一个换能器振荡器周期所抵消。

值得强调的是，这些命中值也会导致TOF平均值和TOF差值不正确。再加上由于气泡导致的衰减在两个方向上往往不相同，很明显TOF差值可能非常不正确。

验证样品的最佳方法最终取决于被测量流体的性质和产品的设计。然而，这里描述的基本方法应该为开始产品设计提供基础。

补偿

一旦识别出衰减样本，就可以在固件中实施一些可能的固件补救措施:

• 丢弃样本并设置错误条件。

• 该样本被丢弃，数据点使用相邻的有效样本插值。

• 样品被丢弃，并进行另一次测量来代替它。

• 通过根据期望值及时“不移动”命中值来纠正样本。
  
  

值得注意的是，适当的衰减补偿与采样周期密切相关。在气泡常见的情况下，由于气泡引起的流体密度的高变化率，需要高采样率。这可能会对电池供电的设计产生负面影响。

在必须容忍气泡的应用中，可能需要在非事件驱动模式下操作MAX35103。具体来说，主机处理器应该手动启动TOF测量，并尽可能快地避免由于流体密度的高频变化而导致的奈奎斯特混叠。

结论

如果可能的话，必须容忍一定数量的未溶解气体的应用应首先考虑机械解决方案。此外，所有应用程序都应该有某种机制来验证命中寄存器中返回的飞行时间值。