超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路。本發(fā)明由壓電陶瓷傳感器將負(fù)載振動(dòng)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)，經(jīng)限幅二極管網(wǎng)絡(luò)、精密全波整流電路、二階低通濾波電路，將直流脈動(dòng)信號(hào)中頻率在20KHZ以上的信號(hào)濾除，經(jīng)過(guò)后續(xù)采集和處理，得到一個(gè)電壓值U。經(jīng)過(guò)濾直電路，濾除信號(hào)中的直流分量。再經(jīng)放大電路及遲滯比較器得到頻率值F。根據(jù)聲強(qiáng)值和電壓信號(hào)、工作頻率F的關(guān)系式可得=K**，從而可計(jì)算得到在該超聲波驅(qū)動(dòng)所得的聲強(qiáng)值。本發(fā)明具有體積小便于攜帶與使用、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電路，具體涉及一種超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波換能器是實(shí)現(xiàn)高頻交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種機(jī)械裝置。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，超聲波換能器已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)被廣泛利用，聲強(qiáng)(聲功率)作為一個(gè)測(cè)量超聲波換能器工作效果的最主要指標(biāo)，在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有著十分重要的意義。但是，由于超聲波設(shè)備工作原理的特殊性，其輸出的交流電能中存在較強(qiáng)的高頻信號(hào)，這就對(duì)超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路提出了比較高的要求。
[0003]傳統(tǒng)測(cè)量超聲波聲強(qiáng)的電路大多以模擬電路為主，具有制作和調(diào)試復(fù)雜，檢測(cè)精度較低，整體設(shè)備體積比較大不適合隨身攜帶的特點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境下的檢測(cè)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路的不足，提供一種超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路。
[0005]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明包括第一信號(hào)輸入端Vinl、第二信號(hào)輸入端Vin2、第一信號(hào)輸出端Voutl、第二信號(hào)輸出端Vout2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、基準(zhǔn)電壓芯片U4、第一運(yùn)算放大器U1A、第二運(yùn)算放大器U1B、第三運(yùn)算放大器U2A、第四運(yùn)算放大器U2B、第五運(yùn)算放大器U5A和比較器U3A。
[0007]第一二極管Dl的陰極與+5V連接；第一信號(hào)輸入端Vinl與第一二極管Dl的陽(yáng)極、第二二極管D2的陰極、第一電阻Rl的一端和第四電阻R4的一端連接；第二二極管D2的陽(yáng)極與-5V連接；第四電阻R4的另一端與第三電阻R3的一端、第三二極管D3的陰極和第一運(yùn)算放大器的第二引腳連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第三引腳與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第四引腳與-5V連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第八引腳與+5V、第二電容C2的一端、第四電容C4的一端連接，第二電容C2的另一端、第四電容C4的另一端均與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第一引腳與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陰極連接；第四二極管D4的陽(yáng)極與第三電阻R3的另一端、第五電阻R5的一端連接；第五電阻R5的另一端與第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的一端、第二運(yùn)算放大器UlB的第六引腳連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第五引腳與地連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第七引腳與第二電阻R2的另一端、第六電阻R6的一端連接；第六電阻R6的另一端與第七電阻R7的一端、第一電容Cl的一端連接；第七電阻R7的另一端與第三電容C3的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第三引腳連接；第三電容C3的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第二引腳與第八電阻R8的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳連接；第八電阻R8的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳與第一電容Cl的另一端和第一信號(hào)輸出端Voutl連接。
[0008]第二輸入信號(hào)端Vin2與第五二極管D5的陽(yáng)極、第六二極管D6的陰極和第六電容C6的一端連接；第五二極管D5的陰極與+5V連接；第六二極管D6的陽(yáng)極與-5V連接；第六電容C6的另一端與第十三電阻R13的一端、第四運(yùn)算放大器U2B的第五引腳連接；第十三電阻R13的另一端、第十四電阻R14的一端與參考電壓信號(hào)Vr連接；第十四電阻R14的另一端與第四運(yùn)算放大器U2B的第六引腳、第十五電阻R15的一端連接；第四運(yùn)算放大器U2B的第七引腳與第十五電阻R15的另一端、第十一電阻Rll的一端連接；第十一電阻的另一端與比較器U3A的第二引腳、第十六電阻的一端連接；比較器U3A的第三引腳與參考電壓信號(hào)Vr連接；比較器U3A的第八引腳與+5V、第五電容C5的一端連接；第五電容C5的另一端與地連接；比較器U3A的第四引腳與地連接；第十六電阻R16的另一端與比較器U3A的第一引腳、第十二電阻R12的一端連接；第十二電阻R12的另一端與第十電阻RlO的一端、第七二極管D7的陰極、第二輸出信號(hào)端Vout2連接；第十電阻RlO的另一端與+5V連接；第七二極管D7的陽(yáng)極與地連接；第九電阻R9的一端與+5V連接；第九電阻R9的另一端與基準(zhǔn)電壓芯片U4的一端、第五運(yùn)算放大器U5A的第二引腳連接；基準(zhǔn)電壓芯片U4的另一端與地連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第三引腳與第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳，第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳輸出參考電壓信號(hào)Vr連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第四引腳與+5V連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第八引腳與地連接。
[0009]所述的基準(zhǔn)電壓芯片U4型號(hào)為L(zhǎng)M385-1.2，所述的第一運(yùn)算放大器UlA和第二運(yùn)算放大器UlB集成于芯片Ul，所述的第三運(yùn)算放大器U2A和第四運(yùn)算放大器U2B集成于芯片U2，所述的第五運(yùn)算放大器U5A集成于芯片U5，所述的芯片Ul、芯片U2和芯片U5的型號(hào)均為L(zhǎng)F353，所述的比較器U3A集成于芯片U3，所述的芯片U3的型號(hào)為L(zhǎng)M311。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明能為單片機(jī)提供直接處理且穩(wěn)定可靠的聲強(qiáng)信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行程序運(yùn)算后即可得到所測(cè)量聲強(qiáng)的大小。由于本發(fā)明大部分器件為數(shù)字芯片，故由其所構(gòu)成的聲強(qiáng)測(cè)試系統(tǒng)，具有體積小便于攜帶與使用、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。本發(fā)明亦提供了超聲波換能器所工作負(fù)載的頻率信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波設(shè)備工作狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]如圖1所不,本實(shí)施例包括第一信號(hào)輸入端Vinl、第二信號(hào)輸入端Vin2、第一信號(hào)輸出端Voutl、第二信號(hào)輸出端Vout2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、基準(zhǔn)電壓芯片U4、第一運(yùn)算放大器U1A、第二運(yùn)算放大器U1B、第三運(yùn)算放大器U2A、第四運(yùn)算放大 器U2B、第五運(yùn)算放大器U5A和比較器U3A。
[0014]第一二極管Dl的陰極與+5V連接；第一信號(hào)輸入端Vinl與第一二極管Dl的陽(yáng)極、第二二極管D2的陰極、第一電阻Rl的一端和第四電阻R4的一端連接；第二二極管D2的陽(yáng)極與-5V連接；第四電阻R4的另一端與第三電阻R3的一端、第三二極管D3的陰極和第一運(yùn)算放大器的第二引腳連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第三引腳與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第四引腳與-5V連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第八引腳與+5V、第二電容C2的一端、第四電容C4的一端連接，第二電容C2的另一端、第四電容C4的另一端均與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第一引腳與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陰極連接；第四二極管D4的陽(yáng)極與第三電阻R3的另一端、第五電阻R5的一端連接；第五電阻R5的另一端與第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的一端、第二運(yùn)算放大器UlB的第六引腳連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第五引腳與地連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第七引腳與第二電阻R2的另一端、第六電阻R6的一端連接；第六電阻R6的另一端與第七電阻R7的一端、第一電容Cl的一端連接；第七電阻R7的另一端與第三電容C3的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第三引腳連接；第三電容C3的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第二引腳與第八電阻R8的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳連接；第八電阻R8的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳與第一電容Cl的另一端和第一信號(hào)輸出端Voutl連接。
[0015]第二輸入信號(hào)端Vin2與第五二極管D5的陽(yáng)極、第六二極管D6的陰極和第六電容C6的一端連接；第五二極管D5的陰極與+5V連接；第六二極管D6的陽(yáng)極與-5V連接；第六電容C6的另一端與第十三電阻R13的一端、第四運(yùn)算放大器U2B的第五引腳連接；第十三電阻R13的另一端、第十四電阻R14的一端與參考電壓信號(hào)Vr連接；第十四電阻R14的另一端與第四運(yùn)算放大器U2B的第六引腳、第十五電阻R15的一端連接；第四運(yùn)算放大器U2B的第七引腳與第十五電阻R15的另一端、第十一電阻Rll的一端連接；第十一電阻的另一端與比較器U3A的第二引腳、第十六電阻的一端連接；比較器U3A的第三引腳與參考電壓信號(hào)Vr連接；比較器U3A的第八引腳與+5V、第五電容C5的一端連接；第五電容C5的另一端與地連接；比較器U3A的第四引腳與地連接；第十六電阻R16的另一端與比較器U3A的第一引腳、第十二電阻R12的一端連接；第十二電阻R12的另一端與第十電阻RlO的一端、第七二極管D7的陰極、第二輸出信號(hào)端Vout2連接；第十電阻RlO的另一端與+5V連接；第七二極管D7的陽(yáng)極與地連接；第九電阻R9的一端與+5V連接；第九電阻R9的另一端與基準(zhǔn)電壓芯片U4的一端、第五運(yùn)算放大器U5A的第二引腳連接；基準(zhǔn)電壓芯片U4的另一端與地連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第三引腳與第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳，第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳輸出參考電壓信號(hào)Vr連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第四引腳與+5V連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第八引腳與地連接。
[0016]所述的基準(zhǔn)電壓芯片U4型號(hào)為L(zhǎng)M385-1.2，所述的第一運(yùn)算放大器UlA和第二運(yùn)算放大器UlB集成于芯片Ul，所述的第三運(yùn)算放大器U2A和第四運(yùn)算放大器U2B集成于芯片U2，所述的第五運(yùn)算放大器U5A集成于芯片U5，所述的芯片Ul、芯片U2和芯片U5的型號(hào)均為L(zhǎng)F353，所述的比較器U3A集成于芯片U3，所述的芯片U3的型號(hào)為L(zhǎng)M311。
[0017]本發(fā)明中，由壓電陶瓷傳感器將負(fù)載振動(dòng)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)，經(jīng)第一二極管D1、第二二極管D2所構(gòu)成的限幅二極管網(wǎng)絡(luò)，將輸入電壓維持在-5V至+5V之間。再經(jīng)過(guò)第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第三二極管D3、第四二極管D4、第一運(yùn)算放大器U1A、第二運(yùn)算放大器U1B、第二電容C2、第四電容C4所構(gòu)成精密全波整流電路，將交流正弦波信號(hào)整流成直流脈動(dòng)信號(hào)。最后經(jīng)過(guò)第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第一電容Cl、第三電容C3、第三運(yùn)算放大器U2A所構(gòu)成二階低通濾波電路，將直流脈動(dòng)信號(hào)中頻率在20KHZ以上的信號(hào)濾除，經(jīng)過(guò)后續(xù)采集和處理，即可得到一個(gè)電壓值U。
[0018]本發(fā)明中，第九電阻R9、基準(zhǔn)電壓芯片U4、第五運(yùn)算放大器U5A構(gòu)成基準(zhǔn)信號(hào)電路，提供穩(wěn)定的1.2V電壓。由另一路壓電陶瓷傳感器將負(fù)載振動(dòng)轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)，經(jīng)過(guò)第六電容C6、第十三電阻R13所構(gòu)成濾直電路，濾除信號(hào)中的直流分量。再經(jīng)過(guò)第十四電阻R14、第十五電阻R15、第四運(yùn)算放大器U2B所構(gòu)成放大電路，將信號(hào)進(jìn)行放大。最后經(jīng)過(guò)第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十六電阻R16、第五電容C5、第七二極管D7、比較器U3A所構(gòu)成遲滯比較器，將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)后續(xù)采集和處理，即可得到一個(gè)頻率值F。
[0019]根據(jù)聲強(qiáng)值W和電壓信號(hào)U、工作頻率F的關(guān)系式可得W=K*F*U2，從而可計(jì)算得到在該超聲波驅(qū)動(dòng)所得的聲強(qiáng)值，其中K為比例系數(shù)，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定，U和F為根據(jù)本電路獲得的電 壓值和頻率值。
【權(quán)利要求】
1.超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路,其特征在于:包括第一信號(hào)輸入端Vinl、第二信號(hào)輸入端Vin2、第一信號(hào)輸出端Voutl、第二信號(hào)輸出端Vout2、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、基準(zhǔn)電壓芯片U4、第一運(yùn)算放大器U1A、第二運(yùn)算放大器U1B、第三運(yùn)算放大器U2A、第四運(yùn)算放大器U2B、第五運(yùn)算放大器U5A和比較器U3A ； 第一二極管Dl的陰極與+5V連接；第一信號(hào)輸入端Vinl與第一二極管Dl的陽(yáng)極、第二二極管D2的陰極、第一電阻Rl的一端和第四電阻R4的一端連接；第二二極管D2的陽(yáng)極與-5V連接；第四電阻R4的另一端與第三電阻R3的一端、第三二極管D3的陰極和第一運(yùn)算放大器的第二引腳連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第三引腳與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第四引腳與-5V連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第八引腳與+5V、第二電容C2的一端、第四電容C4的一端連接，第二電容C2的另一端、第四電容C4的另一端均與地連接；第一運(yùn)算放大器UlA的第一引腳與第三二極管D3的陽(yáng)極、第四二極管D4的陰極連接；第四二極管D4的陽(yáng)極與第三電阻R3的另一端、第五電阻R5的一端連接；第五電阻R5的另一端與第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的一端、第二運(yùn)算放大器UlB的第六引腳連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第五引腳與地連接；第二運(yùn)算放大器UlB的第七引腳與第二電阻R2的另一端、第六電阻R6的一端連接；第六電阻R6的另一端與第七電阻R7的一端、第一電容Cl的一端連接；第七電阻R7的另一端與第三電容C3的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第三引腳連接；第三電容C3的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第二引腳與第八電阻R8的一端、第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳連接；第八電阻R8的另一端接地；第三運(yùn)算放大器U2A的第一引腳與第一電容Cl的另一端和第一信號(hào)輸出端Voutl連接； 第二輸入信號(hào)端Vin2與第五二極管D5的陽(yáng)極、第六二極管D6的陰極和第六電容C6的一端連接；第五二極管D5的陰極與+5V連接；第六二極管D6的陽(yáng)極與-5V連接；第六電容C6的另一端與第十三電阻R13的一端、第四運(yùn)算放大器U2B的第五引腳連接；第十三電阻R13的另一端、第十四電阻R14的一端與參考電壓信號(hào)Vr連接；第十四電阻R14的另一端與第四運(yùn)算放大器U2B的第六引腳、第十五電阻R15的一端連接；第四運(yùn)算放大器U2B的第七引腳與第十五電阻R15的另一端、第十一電阻Rll的一端連接；第十一電阻的另一端與比較器U3A的第二引腳、第十六電阻的一端連接；比較器U3A的第三引腳與參考電壓信號(hào)Vr連接；比較器U3A的第八引腳與+5V、第五電容C5的一端連接；第五電容C5的另一端與地連接；比較器U3A的第四引腳與地連接；第十六電阻R16的另一端與比較器U3A的第一引腳、第十二電阻R12的一端連接；第十二電阻R12的另一端與第十電阻RlO的一端、第七二極管D7的陰極、第二輸出信號(hào)端Vout2連接；第十電阻RlO的另一端與+5V連接；第七二極管D7的陽(yáng)極與地連接；第九電阻R9的一端與+5V連接；第九電阻R9的另一端與基準(zhǔn)電壓芯片U4的一端、第五運(yùn)算放大器U5A的第二引腳連接；基準(zhǔn)電壓芯片U4的另一端與地連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第三引腳與第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳，第五運(yùn)算放大器U5A的第一引腳輸出參考電壓信號(hào)Vr連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第四引腳與+5V連接；第五運(yùn)算放大器U5A的第八引腳與地連接；所述的基準(zhǔn)電壓芯片U4型號(hào)為L(zhǎng)M385-1.2，所述的第一運(yùn)算放大器UlA和第二運(yùn)算放大器UlB集成于芯片Ul，所述的第三運(yùn)算放大器U2A和第四運(yùn)算放大器U2B集成于芯片U2，所述的第五運(yùn)算放大器U5A集成于芯片U5，所述的芯片U1、芯片U2和芯片U5的型號(hào)均為L(zhǎng)F353，所述的比較器U3A集`成于芯片U3，所述的芯片U3的型號(hào)為L(zhǎng)M311。
【文檔編號(hào)】G01H11/08GK103528669SQ201310460269
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】孔亞廣, 陳洪歡, 趙曉東, 鄒洪波 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)