專利名稱：壓力變化狀態(tài)下超聲波前置信號自適應(yīng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
壓力變化狀態(tài)下超聲波前置信號自適應(yīng)電路，涉及超聲波接收電路的前置信號處理電路的改進，適用處于氣體壓力變化狀態(tài)下的超聲波氣體流量計，超聲波液體濃度測量儀，氣體組分分析儀等設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有超聲波氣體流量計中的超聲波接收電路，其前置信號處理電路都是采用固定增益倍數(shù)的放大電路、幾種增益倍數(shù)手動選擇、或者機械電位器調(diào)整等種方法。由于前置超聲波信號處理電路，對超聲波氣體流量計的適用范圍起著決定性的作用。在實際應(yīng)用中， 前置超聲波接收信號的強弱，除了和超聲波傳播距離(聲程)有關(guān)以外，還要受氣體壓力的大小、變化、氣體組分的影響。超聲波氣體流量計在實際工作狀態(tài)中，氣體壓力往往在一定范圍內(nèi)波動，且壓力的變化對超聲波信號的幅值影響非常大，有幾百倍的差距，這對后續(xù)的處理電路造成了非常大的困難，現(xiàn)有的方法是按照壓力使用范圍，調(diào)整機械電位器的電阻值進而改變放大增益，使得適用壓力范圍內(nèi)信號既不能因為壓力過大信號失真也不能因為壓力過小而信號不能觸發(fā)聲時門，使用機械電位器調(diào)整的固定增益往往壓力適用范圍比較小，一旦壓力發(fā)生變化無法實現(xiàn)實時跟蹤。機械電位器的調(diào)整比較麻煩，不能實現(xiàn)在線調(diào)整，不容易實現(xiàn)前置增益的數(shù)字量化處理，不利于恢復(fù)出廠前置增益值，不方便與出廠增益控制值比較進而進行智能化診斷，給出探頭維修或者更換的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有的超聲波接收信號前置處理電路的不足，本發(fā)明人通過長期研究，設(shè)計了一種電路結(jié)構(gòu)簡單、新穎，生產(chǎn)方便、不僅適用于壓力變化范圍寬、不同氣體組分，且利于智能化診斷的壓力變化狀態(tài)下超聲波前置信號自適應(yīng)電路。本實用新型自適應(yīng)電路，由高精度運算放大器，高精度數(shù)字電位器，檢波電路，MCU 控制器，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，壓力傳感器、阻抗匹配輸出電路經(jīng)電路連接組成。本實用新型超聲波前置信號自適應(yīng)電路工作時，超聲波回波接收信號進入高精度運算放大器，通過高精度運算放大器、高精度數(shù)字電位器和自適應(yīng)算法軟件，可根據(jù)預(yù)先輸入的氣體組分、前置壓力中心值進行信號半自動自適應(yīng)初調(diào)放大增益，通過壓力傳感器或者壓力變送器，使得可以通過參數(shù)設(shè)置，配置成壓力跟隨自適應(yīng)狀態(tài)，實現(xiàn)實時壓力變化自適應(yīng)控制。MCU控制器根據(jù)設(shè)置的組分或者默認(rèn)的組分，計算出需要的放大器增益，再一步換算成數(shù)字電位器阻值，并由MCU控制器設(shè)置進高精度數(shù)字電位器里，MCU控制器會不斷通過檢波電路對檢波出來的信號通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進行采集。在壓力為手動輸入模式下輸入，如果壓力輸入值和實際區(qū)別比較大，MCU控制器會根據(jù)預(yù)設(shè)的算法軟件給出估計值做參考，同時會輸出報警信息。如果壓力是利用壓力傳感器進行實時采集模式下得到的，MCU控制器根據(jù)設(shè)置的組分或者默認(rèn)的組分、超聲波檢波信號的實時采集數(shù)據(jù)、壓力的傳感器的實時壓力三個參數(shù)進行自適應(yīng)模糊控制，同時會給出實際前置放大增益。壓力傳感器在線實時檢查出壓力變化情況，通過MCU控制器，根據(jù)算法軟件計算出前置增益需要的控制值， 然后改變高精度數(shù)字電位器的阻值實現(xiàn)PGA，增益分辨率可達到256Temp，而且其電壓增益是完全線性的，有效防止或避免了壓力變化引起控制值系統(tǒng)振蕩，經(jīng)自適應(yīng)控制的信號經(jīng)阻抗匹配輸出電路輸至后續(xù)電路。本實用新型超聲波前置信號自適應(yīng)電路結(jié)構(gòu)簡單、新穎，利于實現(xiàn)生產(chǎn)的數(shù)字化標(biāo)定和使用方便，增益分辨率可達到256Temp，增益效果好且穩(wěn)定，可有效提高超聲波流量計的信號適應(yīng)范圍。

圖1為本實用新型超聲波前置信號自適應(yīng)電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型超聲波前置信號自適應(yīng)電路，由高精度運算放大器，高精度數(shù)字電位器，MCU控制器，檢波電路，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，壓力傳感器，阻抗匹配輸出電路通過電路連接組成。高精度運算放大器與高精度數(shù)字電位器、阻抗匹配輸出電路、檢波電路連接，MCU 控制器與高精度數(shù)字電位器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器連接，檢波電路與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。本實用新型信號自適應(yīng)電路在線工作時，高精度運算放大器接收換能器的超聲波信號，經(jīng)高精度運算放大器后傳輸?shù)礁呔葦?shù)字電位器，結(jié)合自適應(yīng)算法軟件，本實用新型自適應(yīng)電路根據(jù)預(yù)先輸入的氣體組分、前置壓力中心值對信號進行半自動自適應(yīng)初調(diào)，通過壓力傳感器，經(jīng)參數(shù)設(shè)置，配置成壓力跟隨自適應(yīng)狀態(tài)，實現(xiàn)實時壓力變化自適應(yīng)控制。 MCU控制器根據(jù)設(shè)置的組分或者默認(rèn)的組分，計算出需要的放大器增益后換算成數(shù)字電位器阻值，并由MCU控制器設(shè)置進高精度數(shù)字電位器里，MCU控制器會不斷通過檢波電路對檢波出來的信號通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進行采集，壓力傳感器在線實時檢查出壓力變化情況，通過MCU控制器，根據(jù)算法軟件計算出前置增益需要的控制值，然后改變高精度數(shù)字電位器的阻值實現(xiàn)PGA。當(dāng)壓力為手動輸入模式下時，輸入的壓力值和實際相差比較大，MCU控制器會根據(jù)預(yù)設(shè)的算法軟件給出估計值做參考，同時會輸出報警信息。如果壓力是利用壓力傳感器進行實時采集模式下得到的，MCU控制器根據(jù)設(shè)置的組分或者默認(rèn)的組分、超聲波檢波信號的實時采集數(shù)據(jù)、壓力的傳感器的實時壓力三個參數(shù)進行自適應(yīng)控制，同時給出實際前置放大增益，經(jīng)自適應(yīng)控制的信號經(jīng)阻抗匹配輸出電路輸出至后續(xù)電路。本實用新型超聲波前置信號自適應(yīng)電路增益分辨率達到256Temp，而且其電壓增益是完全線性的，有效防止或避免了壓力變化引起控制值振蕩，從而影響超聲波氣體流量計的正常工作和檢查效果。
權(quán)利要求1.壓力變化下的超聲波前置信號自適應(yīng)電路，包括高精度運算放大器，高精度數(shù)字電位器、檢波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、MCU控制器、壓力傳感器、阻抗匹配輸出電路，其特征在于 高精度運算放大器與高精度數(shù)字電位器、阻抗匹配輸出電路、檢波電路連接，MCU控制器與高精度數(shù)字電位器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器連接，檢波電路與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號自適應(yīng)電路，其特征在于電壓增益為線性，增益分辨率達到 2561^1^。
專利摘要壓力變化狀態(tài)下超聲波前置信號自適應(yīng)電路，涉及超聲波接收電路的前置信號處理電路的改進，適用處于氣體壓力變化狀態(tài)下的超聲波氣體流量計，超聲波液體濃度測量儀，氣體組分分析儀等設(shè)備。本實用新型前置信號自適應(yīng)電路由高精度數(shù)字電位器，高精度運算放大器，MCU控制器，檢波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器、阻抗匹配輸出電路經(jīng)電路連接組成。超聲波回波接收信號通過高精度數(shù)字電位器、高精度運算放大器和自適應(yīng)算法軟件計算實現(xiàn)了可根據(jù)預(yù)先輸入的組分、前置壓力中心值對氣體壓力信號進行半自動自適應(yīng)初調(diào)，通過參數(shù)設(shè)置配置成壓力跟隨自適應(yīng)狀態(tài)，實現(xiàn)了實時壓力變化自適應(yīng)控制。本實用新型電路結(jié)構(gòu)簡單、新穎，利于實現(xiàn)生產(chǎn)的數(shù)字化標(biāo)定，可以應(yīng)用于各類各種超聲波檢測儀器設(shè)備中。
文檔編號G01F1/66GK202057365SQ20112013806
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者陸寶鈞, 陳雄生 申請人:上海中核維思儀器儀表有限公司