本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量電路，具體涉及一種測(cè)量液體中超聲波聲壓和頻率的電路。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，超聲波因其操作簡(jiǎn)單、周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)已在納米材料的制備領(lǐng)域受到重視。納米技術(shù)的快速發(fā)展使超聲波在納米材料制備方面具有誘人的應(yīng)用前景。在應(yīng)用超聲波制備納米材料的過(guò)程中一般是同時(shí)利用超聲波的能量特性和頻率特性。具體而言，這種能量和頻率特性在制備過(guò)程中，可以表現(xiàn)為高溫分解作用、剪切破碎作用等。這些作用施加于固液表面時(shí)對(duì)固體表面的形態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)反應(yīng)活性等產(chǎn)生影響，從而達(dá)到制備納米材料的目的。

超聲聲場(chǎng)，是指有超聲波在其中傳播的那部分媒質(zhì)范圍，即超聲波存在的彈性媒質(zhì)所占有的空間。在聲場(chǎng)中，能量特性表現(xiàn)為超聲波的聲壓，頻率特性表現(xiàn)為超聲波的頻率，鑒于聲場(chǎng)中聲壓和頻率對(duì)于衡量超聲系統(tǒng)性能的重要意義，在納米材料制備領(lǐng)域中要對(duì)聲壓和頻率進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量。

液體中超聲波的作用機(jī)理較為復(fù)雜,高頻聲波結(jié)合足夠高的能量能產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化氣泡會(huì)在瞬間產(chǎn)生局部高溫高壓環(huán)境。在這樣的聲場(chǎng)環(huán)境中測(cè)量聲壓和頻率是一個(gè)比較復(fù)雜的難題，當(dāng)前還沒(méi)有完全成熟的測(cè)量方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種超聲波聲壓和頻率測(cè)量電路，通過(guò)控制超聲波傳感器的收發(fā)狀態(tài)，盡可能準(zhǔn)確的對(duì)超聲波聲壓和頻率進(jìn)行測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超聲波聲壓測(cè)量電路，包括發(fā)射電路模塊和接收電路模塊。

所述的發(fā)射電路模塊，包括六反相器芯片U1、時(shí)基電路芯片U2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、可變電阻R5、第六電阻R6、第一電容C1、第二電容C2、第一二極管D1、第二二極管D2和信號(hào)發(fā)射傳感器LS1；所述的時(shí)基電路芯片U2的型號(hào)為NE555；六反相器芯片U1的型號(hào)是CD4069；

所述的第一電阻R1的一端與第三電阻R3的一端、第一二極管D1的正端、時(shí)基電路芯片U2的第七引腳DISC連接，第一電阻R1的另一端與時(shí)基電路芯片U2的第四引腳RST、時(shí)基電路芯片U2的第八引腳VCC連接并接電源VCC，第三電阻R3的另一端與第二二極管D2的負(fù)端相連，第一二極管D1的負(fù)端與第二二極管D2的正端、可變電阻R5的固定端連接；時(shí)基電路芯片U2的第六引腳THR與第二引腳TRIG、可變電阻R5的活動(dòng)端、第二電容C2的一端連接，時(shí)基電路芯片U2的第五引腳CVOLT與第一電容C1的一端相連，第一電容C1的另一端與第二電容C2的另一端、時(shí)基電路芯片U2的第一引腳GND、第六電阻R6的一端連接并接地GND，第六電阻R6的另一端與時(shí)基電路芯片U2的第三引腳OUT、六反相器U1的1腳連接，六反相器U1的2腳與六反相器U1的3腳、六反相器U1的13腳、六反相器U1的11腳鏈接，六反相器U1的4腳與六反相器U1的5腳、六反相器U1的9腳鏈接，六反相器U1的7腳與地GND鏈接，六反相器U1的14腳與電源VCC鏈接,六反相器U1的12腳與六反相器U1的10腳、第二電阻R2的一端、信號(hào)發(fā)射傳感器LS1的一端連接，六反相器U1的6腳與六反相器U1的8腳、第四電阻R4的一端、信號(hào)發(fā)射傳感器LS1的另一端連接，第二電阻R2的另一端接+5V電源，第四電阻R4的另一端接-5V電源；

所述的接收電路模塊，包括信號(hào)接收傳感器LS2、雙運(yùn)算放大器U4、四運(yùn)算放大器U3、第三二極管D3、第四二極管D4、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、第十七電阻R17、可調(diào)電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二十一電阻R21、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第二十五電阻R25、第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10、第十一電容C11、第十二電容C12、第十三電容C13、第十四電容C14和第十五電容C15；所述的雙運(yùn)算放大器U4包括第一運(yùn)算放大器U4A和第二運(yùn)算放大器U4B；四運(yùn)算放大器U3包括第三運(yùn)算放大器U3A、第四運(yùn)算放大器U3B、第五運(yùn)算放大器U3C第六運(yùn)算放大器U3D；雙運(yùn)算放大器U4的型號(hào)是LM358，所述四運(yùn)算放大器U3的型號(hào)是LM324；

所述的信號(hào)接收傳感器LS2的一端接地，另一端與第八電阻R8的一端相連，第八電阻R8的另一端與第七電容C7相連,第七電容C7的另一端與第十二電阻R12的一端、第六電容C6的一端、第二運(yùn)算放大器U4B的反相輸入端連接，第二十電阻R20的一端與電源VCC連接，第二十電阻R20的另一端與第二十四電阻R24的一端、第十二電容C12的一端、第二運(yùn)算放大器U4B的正相輸入端連接，第二十四電阻R24的另一端與第十二電容C12的另一端連接并接地，第十二電阻R12的另一端與第六電容C6的另一端、第二運(yùn)算放大器U4B的輸出端、第十電阻R10的一端、第二十五電阻R25的一端連接，第十電阻R10的另一端與第三運(yùn)算放大器U3A的反相輸入端、第三二極管D3的負(fù)端、第十八電阻R18的一端、第九電容C9的一端相連，第三運(yùn)算放大器U3A的輸出端與第三二極管D3正端、第四二極管D4的負(fù)端、第十一電阻R11的一端、第二十一電阻R21的一端連接，第三運(yùn)算放大器U3A的正相輸入端與地GND連接，第三運(yùn)算放大器U3A的正電源端與+5V相接，第三運(yùn)算放大器U3A的負(fù)電源端與-5V連接，第四二極管D4的正端與第十八電阻R18的另一端、第九電容C9的另一端連接，第十一電阻R11的另一端與第七電阻R7的一端、第三電容C3的一端、第四運(yùn)算放大器U3B的反相輸入連接，第四運(yùn)算放大器U3B的正相輸入端與第十四電阻R14的一端相接，第十四電阻R14的另一端與地GND相接，第四運(yùn)算放大器U3B的輸出與第七電阻R7的另一端、第三電容C3的另一端、第十三電阻R13的一端連接，第十三電阻R13的另一端分與第四電容C4的一端、第五電容C5的一端、第十五電阻R15的一端相接，第十五電阻R15的另一端接地，第九電阻R9的一端與第五電容C5的另一端、第一運(yùn)算放大器U4A的反相輸入端連接，第一運(yùn)算放大器U4A的正電源端與+5V相接、第一運(yùn)算放大器U4A的負(fù)電源端與-5V相接，第十六電阻R16的一端與電源VCC相連，第十六電阻R16的另一端與第十七電阻R17的一端、第八電容C8的一端、第一運(yùn)算放大器U4A的正相輸入端連接，第十七電阻R17的另一端與第八電容C8的另一端連接后與地連接。第四電容C4的另一端與第九電阻R9的另一端、第一運(yùn)算放大器U4A的輸出端連接后輸出頻率測(cè)量信號(hào)FREQ。第二十一電阻R21的另一端和第六運(yùn)算放大器U3D的反相輸入端、第二十五電阻R25的另一端、第二十三電阻R23的一端、第十一電容C11的一端連接，第六運(yùn)算放大器U3D的正相輸入端與第三十電阻R30的一端連接，第三十電阻R30的另一端與地相接，第六運(yùn)算放大器U3D的輸出端與第二十三電阻R23的另一端、第十一電容C11的另一端、第二十九電阻R29的一端連接，第二十九電阻R29的另一端與第五運(yùn)算放大器U3C的正相輸入連接，第五運(yùn)算放大器U3C的負(fù)相輸入與可調(diào)電阻R19的活動(dòng)端、第二十二電阻R22的一端、第十電容C10的一端連，可調(diào)電阻R19的的另一端與地連，第五運(yùn)算放大器U3C的輸出端與第二十六電阻R26的一端、第二十二電阻R22的另一端、第十電容C10的另一端連接，第二十六電阻R26的另一端第二十七電阻R27的一端、第十三電容C13的一端連接，第二十七電阻R27的另一端分別與第二十八電阻R28一端、第十四電容C14的一端相接，第十三電容C13的另一端分別與第十四電容C14的另一端、第十五電容C15的一端連接后與地GND連接，第二十八電阻R28的另一端與第十五電容C15的另一端連接并作為聲壓測(cè)量信號(hào)的輸出V_DC。

本發(fā)明所述的聲壓和頻率測(cè)量電路具有的有益效果為：發(fā)射電路簡(jiǎn)單可靠，容易實(shí)現(xiàn)；發(fā)射頻率可根據(jù)需要調(diào)整；通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)波形產(chǎn)生，無(wú)需編程，開(kāi)發(fā)難度降低。接收電路模塊的待測(cè)聲壓范圍可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)電位器調(diào)節(jié)；接收電路可以配合發(fā)射電路一起工作也可以單獨(dú)工作，工作方式靈活；采用的元器成本低廉，來(lái)源豐富，集成度高，使用兩片運(yùn)算放大器芯片實(shí)現(xiàn)半波頻率測(cè)量和聲壓的準(zhǔn)確測(cè)量，大大降低成本和功耗；擁有硬件加窗電路，測(cè)量信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波電路后，濾除有害高頻成分，改善信噪比，為A/D轉(zhuǎn)換提供良好信號(hào)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的發(fā)射電路模塊示意圖；

圖2為本發(fā)明的接收電路模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的超聲波聲壓和頻率測(cè)量電路技術(shù)方案的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明。

一種超聲波聲壓和頻率測(cè)量電路，包括發(fā)射電路模塊、和接收電路模塊。

如圖1所示，發(fā)射電路模塊中，由NE555時(shí)基集成芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，整個(gè)電路工作在單穩(wěn)態(tài)模式。第二電容C2充電時(shí)通過(guò)第一電阻R1和可調(diào)電阻R5充電，放電時(shí)通過(guò)可調(diào)電阻R5放電，通過(guò)調(diào)節(jié)第一電阻R1、第二電容C2和可調(diào)電阻R5的數(shù)值實(shí)現(xiàn)20KKHz到300KHz不同頻率的信號(hào)產(chǎn)生，輸出信號(hào)加載到六反相器U1的一個(gè)反相器的輸入端口上，經(jīng)過(guò)反相后分成兩部分，一部分通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)反相器，另一部分先經(jīng)過(guò)反相再通過(guò)兩個(gè)并聯(lián)反相器，以推挽的形式利用多個(gè)反相器，多級(jí)遞增來(lái)完成信號(hào)的放大，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)超聲波信號(hào)發(fā)射傳感器LS1。

如圖2所示，接收電路模塊中，聲壓信號(hào)通過(guò)超聲波信號(hào)接收傳感器LS2接收到，送進(jìn)第二運(yùn)算放大器U4B部分處理，這部分電路實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的低通濾波處理功能，該電路通帶內(nèi)的電壓放大倍數(shù)為第一電阻R1除以第二電阻R2，通過(guò)設(shè)置第十二電阻R12和第六電容C6的值來(lái)調(diào)節(jié)低通濾波電路的截止頻率的大小。第三運(yùn)算放大器U3A部分，第十電阻R10和第十八電阻R18選取相同值，第三二極管D3和第四二極管D4實(shí)現(xiàn)信號(hào)的反向截至，阻止正向信號(hào)通過(guò)。當(dāng)信號(hào)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)第三運(yùn)算放大器U3A部分輸出時(shí)信號(hào)保留負(fù)半周期信號(hào)。第四運(yùn)算放大器U3B部分，第十一電阻R11和第七電阻R7選取相同值，第四運(yùn)算放大器U3B部分輸出時(shí)，信號(hào)被反相，實(shí)現(xiàn)半波信號(hào)輸出。第一運(yùn)算放大器U4A部分，實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)多路負(fù)反饋二階有源帶通濾波器，第四電容C4和第五電容C5選取相同值，結(jié)合第九電阻R9、第十三電阻R13和第十五電阻R15可以調(diào)節(jié)截止頻率上限和截止頻率下限，具有非常很強(qiáng)的頻率選擇性，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的加窗處理，大大減少測(cè)量信號(hào)的損失，輸出準(zhǔn)確的頻率測(cè)量信號(hào)。第六運(yùn)算放大器U3D部分，第二十五電阻R25選取第三十電阻R30的一半值，第三十電阻R30和第二十九電阻R29選取相同值，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)第二十五電阻R25和第二十一電阻R21的輸出實(shí)現(xiàn)信號(hào)疊加，第二十五電阻R25和第二十三電阻R23以及第六運(yùn)算放大器U3D的反相實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和反相。第五運(yùn)算放大器U3C部分，第二十九電阻R29和可調(diào)電阻R19選取相同值，第二十二電阻R22選取第二十九電阻R29的十分之一，信號(hào)由第二十九電阻R29經(jīng)過(guò)放大器U1C輸出實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，通過(guò)可調(diào)電阻R19可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的放大倍數(shù)。最后第二十六電阻R26和第十三電容C13、第二十七電阻R27和第十二電容C14、第二十八電阻R28和第十五電容C15構(gòu)成濾波電路，去除運(yùn)算放大器產(chǎn)生的噪聲，改善輸出信號(hào)的信噪比，為A/D轉(zhuǎn)換提供優(yōu)良信號(hào)。

測(cè)量超聲波聲壓和頻率時(shí)，傳統(tǒng)的測(cè)量方法只有接收電路，本發(fā)明創(chuàng)新性的加入發(fā)射電路。接收電路既可以配合發(fā)射電路一起工作，也可以獨(dú)立出來(lái)單獨(dú)工作。接收電路配合發(fā)射電路一起工作時(shí)，聲壓和頻率信號(hào)輸出端測(cè)量到數(shù)據(jù)中包含有已知的固定的聲壓和頻率信息；通過(guò)對(duì)比接收電路獨(dú)立出來(lái)單獨(dú)工作時(shí)聲壓和頻率信號(hào)輸出端測(cè)量到數(shù)據(jù)，以及對(duì)比接收發(fā)射電路一起工作時(shí)發(fā)射電路的不同頻率，便可以得到精確的聲壓和頻率數(shù)據(jù)。

最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，盡管申請(qǐng)人參照較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的修改或者同等替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。