專利名稱：一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路，尤其是涉及一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路。
背景技術：
時差法超聲波流量計測量流量的原理是利用安裝在管道或渠道的上下游對稱位置相向交替的兩個換能器收發(fā)超聲波信號，在一個時刻，上游的換能器發(fā)射超聲波信號，下游的換能器接收超聲波信號；而在另外一個時刻，下游的換能器超聲波信號，上游的換能器接收超聲波信號，通過測量超聲波在介質(zhì)中的順流或逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再結合管道或渠道的截面參數(shù)來間接測量流量。時差法超聲波流量計進行測量流量的關鍵是接收換能器能夠接收到良好幅值的接收信號，以便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)進行采集，現(xiàn)有的設計方法始終關注接收電路設計方法， 通過設計出更寬增益調(diào)節(jié)范圍的接收電路，以調(diào)整接收信號的幅值，便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD) 進行采集處理。由于現(xiàn)有的超聲波流量計使用固定電壓驅(qū)動超聲波換能器，使得在很小管道或很窄渠道中進行流量測量時，接收換能器接收到的信號幅值很大，而在很大管道或很寬渠道進行流量測量時，接收換能器接收到的信號幅值又很小，這樣對于同一個超聲波流量計的接收電路來講，需要設計出很寬的增益，以確保接收信號幅值很大和幅值很小兩種情況下都能把接收信號調(diào)理到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)所能夠采集到的幅值范圍之內(nèi)。這樣就提高了超聲波流量計接收電路設計難度，導致該超聲波流量計用于很小管道和超寬渠道流量測量時， 由于需要調(diào)理的接收信號幅值范圍過大，接收電路增益調(diào)節(jié)難以把接收信號調(diào)節(jié)到合理的幅值范圍，導致無法滿足流量測量要求。本發(fā)明可以根據(jù)測量管徑大小或渠道寬窄的不同，可以自動調(diào)節(jié)換能器的驅(qū)動電壓，盡量保證接收信號的幅值在一定的范圍之內(nèi)，降低對接收電路增益的設計要求，使得同一個超聲波流量計可以在不同管徑或不同寬度的渠道中進行流量測量。同時本發(fā)明使用隔離變壓器進行換能器的阻抗匹配，優(yōu)化了超聲波流量計的換能器驅(qū)動功率需求，在一定程度上降低了換能器對驅(qū)動電壓的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提出一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路，可以自動調(diào)節(jié)換能器的驅(qū)動電壓，盡量保證接收信號的幅值在一定的范圍之內(nèi)，降低對接收電路增益的設計要求，使得同一個超聲波流量計可以在不同管徑或不同寬度的渠道中進行流
量測量。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路，包括微控制器、BOOST升壓電路、發(fā)射驅(qū)動電路，其特征在于，微控制器通過驅(qū)動電路和BOOST升壓電路中的場效應管相連，根據(jù)超聲波流量計測量管道大小或渠道寬窄，即換能器的安裝距離控制BOOST升壓電路輸出電壓大小，同時微控制器把BOOST升壓電路的輸出電壓通過發(fā)射驅(qū)動電路發(fā)送給超聲波換能器。微控制器通過驅(qū)動電路和BOOST升壓電路中的場效應管的柵極相連，BOOST升壓電路的輸出和發(fā)射驅(qū)動電路中的隔離變壓器一次線圈的一個引腳相連，隔離變壓器一次線圈的另一個引腳和發(fā)射驅(qū)動電路中的場效應管漏極相連，微控制器通過驅(qū)動電路與場效應管的柵極相連接，場效應管的源極接地，隔離變壓器的二次線圈和超聲波換能器相連。本發(fā)明的有益效果在于，可以自動調(diào)節(jié)換能器的驅(qū)動電壓，盡量保證接收信號的幅值在一定的范圍之內(nèi)，降低對接收電路增益的設計要求，使得同一個超聲波流量計可以在不同管徑或不同寬度的渠道中進行流量測量。


圖1是本發(fā)明的總體結構圖。圖2是可調(diào)升壓電路原理圖。圖3是發(fā)射驅(qū)動電路及隔離變壓器電路圖。圖4是發(fā)射驅(qū)動電路及隔離變壓器工作流圖。
具體實施例方式本發(fā)明所述的新型超聲波流量計換能器驅(qū)動電路主要包括兩個部分，第一部分為可調(diào)升壓電路部分，該部分的功能是把電路中某個較低的工作電壓提高至一定幅值的中等電壓，該中等電壓的大小可以通過微控制器進行調(diào)節(jié)，該電路采用BOOST拓撲結構。第二部分是變壓器隔離驅(qū)動部分，該部分實現(xiàn)換能器驅(qū)動脈沖的發(fā)射及驅(qū)動電壓二次提升，使驅(qū)動電路和換能器之間進行電氣隔離，同時實現(xiàn)換能器阻抗特性的匹配。電路總體結構
新型超聲波流量計換能器驅(qū)動電路總體結構如圖1所示，兩個主要部分共包括微控制器電路單元、可調(diào)升壓電路單元、發(fā)射驅(qū)動電路單元、換能器阻抗匹配及脈沖隔離變壓器單元共5個單元電路。電路工作原理及控制流程為微控制器可以根據(jù)流量測量處的管徑大小和渠道寬度，把電路的工作電壓Vl通過可調(diào)升壓電路預調(diào)到一定中等電壓V2，然后根據(jù)換能器的頻率發(fā)送同等頻率的脈沖信號給驅(qū)動電路，把中等電壓V2經(jīng)過匹配電路和脈沖變壓器按照一定的比例放大至發(fā)射電壓V3以驅(qū)動超聲波換能器。接收電路根據(jù)接收換能器接收到得信號V4幅值的大小進行增益調(diào)節(jié)，如果管徑大或渠道寬，接收信號很微弱，即使接收電路增益調(diào)節(jié)到最大時，仍然無法使接收信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)能采集的理想信號范圍之內(nèi)，則通過微控制器控制可調(diào)升壓電路，提高中等電壓V2，即提高發(fā)射電壓V3 以增大驅(qū)動功率，使接收信號的幅值提高以便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)進行采集。如果管徑小或渠道窄，接收信號幅值很大，即使接收電路增益調(diào)節(jié)到最小時，仍然達不到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD) 能采集的理想信號范圍，則通過控制器控制可調(diào)升壓電路，降低中等電壓V2，即降低發(fā)射電壓V3，使接收信號的幅值降低以便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)進行采集?？烧{(diào)升壓電路原理
可調(diào)升壓電路采用BOOST拓撲結構，利用微控制器控制場效應管(MOSFET)的驅(qū)動脈沖寬度，達到調(diào)節(jié)輸出電壓大小的目的。BOOST電路拓撲結構如圖2所示，由電感L、整流二極管D、場效應管Q以及濾波電容C組成。驅(qū)動芯片與場效應管的柵極相連接，場效應管的源極與電容一端共同接地，場效應管的漏極與電感和整流二極管相連接。微控制器根據(jù)超聲波流量計換能器流量測量處管徑大小和渠道寬度的不同發(fā)出不同寬度的脈沖，通過驅(qū)動芯片調(diào)節(jié)控制場效應管的開通和關閉時間，就可以把電路板中的低電壓Vl預調(diào)到中等電壓V2。發(fā)射驅(qū)動電路及變壓器隔離電路
根據(jù)管徑大小和渠道寬度的不同預調(diào)了可調(diào)升壓電路之后，需要把該中等電壓V2按換能器固有頻率發(fā)送給超聲波流量計換能器，使超聲波換能器發(fā)出超聲波信號。該電路主要由場效應管Q及脈沖變壓器T組成，驅(qū)動電路單元與場效應管的柵極相連接。場效應管的源極接地，場效應管的漏極與變壓器的一次線圈相連接。如圖3所示，其中脈沖變壓器可以帶有固定變比，如果可調(diào)升壓電路的輸入電壓Vl過低，而BOOST電路升壓比例有限，導致其輸出電壓V2升高有限，則通過具有一定變比的脈沖變壓器，實現(xiàn)BOOST電路輸出電壓V2 的二次提升，發(fā)射出更高的電壓去驅(qū)動超聲波換能器。電路的控制流程
本發(fā)明的控制流程如圖4所示，微控制器根據(jù)超聲波流量計流量測量處的管徑大小或渠道寬窄等參數(shù)，預設可調(diào)升壓電路的輸出電壓V2，測量時啟動發(fā)射脈沖，把V2通過脈沖變壓器進行隔離提升后，形成發(fā)射電壓V3后驅(qū)動超聲波換能器，使其產(chǎn)生超聲波信號，延遲一定的時間后再打開接收電路，如果接收電路接收到的超聲波信號幅值V4過小，則先提高接收電路的增益，若提高接收電路增益之后，接收信號幅值依然過小，則通過微控制器控制可調(diào)升壓電路，提高其輸出電壓V2，即提高發(fā)射電壓V3已達到提高接收信號幅值的目的。反之，如果接收電路接收到的信號幅值過大，則先降低接收電路的增益，若降低接收電路增益之后，接收信號幅值依然過大，則通過微控制器控制可調(diào)升壓電路，降低其輸出電壓 V2，即降低發(fā)射電壓V3以達到降低接收信號幅值的目的。通過這樣的調(diào)節(jié)，使得在不同管徑或不同寬度渠道進行流量測量時，始終保證接收信號的幅值合理的范圍內(nèi)變化。
權利要求
1.一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路，其特征在于，包括微控制器、BOOST升壓電路、 發(fā)射驅(qū)動電路，其特征在于，微控制器通過驅(qū)動電路和BOOST升壓電路中的場效應管相連， 根據(jù)超聲波流量計測量管道大小或渠道寬窄，即換能器的安裝距離控制BOOST升壓電路輸出電壓大小，同時微控制器把BOOST升壓電路的輸出電壓通過發(fā)射驅(qū)動電路發(fā)送給超聲波換能器。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路，其特征在于，微控制器通過驅(qū)動電路和BOOST升壓電路中的場效應管的柵極相連，BOOST升壓電路的輸出和發(fā)射驅(qū)動電路中的隔離變壓器一次線圈的一個引腳相連，隔離變壓器一次線圈的另一個引腳和發(fā)射驅(qū)動電路中的場效應管漏極相連，微控制器通過驅(qū)動電路與場效應管的柵極相連接， 場效應管的源極接地，隔離變壓器的二次線圈和超聲波換能器相連。
全文摘要
一種超聲波流量計換能器驅(qū)動電路，包括微控制器、BOOST升壓電路、發(fā)射驅(qū)動電路，其特征在于，微控制器通過驅(qū)動電路和BOOST升壓電路中的場效應管相連，根據(jù)超聲波流量計測量管道大小或渠道寬窄，即換能器的安裝距離控制BOOST升壓電路輸出電壓大小，同時微控制器把BOOST升壓電路的輸出電壓通過發(fā)射驅(qū)動電路發(fā)送給超聲波換能器。本發(fā)明的有益效果在于，可以自動調(diào)節(jié)換能器的驅(qū)動電壓，盡量保證接收信號的幅值在一定的范圍之內(nèi)，降低對接收電路增益的設計要求，使得同一個超聲波流量計可以在不同管徑或不同寬度的渠道中進行流量測量。
文檔編號G01F1/66GK102322905SQ201110134690
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權日2011年5月24日
發(fā)明者劉占果, 徐方明, 朱浩, 程瀟黠, 郭曈曈 申請人:南京南瑞集團公司, 國網(wǎng)電力科學研究院