本實(shí)用新型涉及水體流速測量領(lǐng)域，尤其涉及一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路。

背景技術(shù)：

ADCP即聲學(xué)多普勒流速剖面儀是基于聲學(xué)多普勒原理研制的一種測量水體流速的設(shè)備。其中聲源級(jí)是換能器工作的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小用來衡量換能器能發(fā)射出來的信號(hào)的能量大小。發(fā)射的信號(hào)越大，相應(yīng)回波信號(hào)越大。而我們不是所有時(shí)刻多需要這么大的回波信號(hào)。比如在測對(duì)底時(shí)，回波信號(hào)本身就很大，往往在接收電路處理時(shí)還需衰減其信號(hào)，所以換能器不需這么大的聲源級(jí)；再比如在測比較淺的水流時(shí)，因距離較近也不需這么大的聲源級(jí)。此時(shí)要是聲源級(jí)不可調(diào)，一方面造成了能量的不必要損耗，另一方面給接收電路放大處理電路帶來不必要的麻煩（因?qū)Φ诇y速和水流測速的回波強(qiáng)度相差40-50dB）。以前的技術(shù)，大多采用發(fā)射時(shí)改變發(fā)射信號(hào)的占空比來改變聲源級(jí)，這樣改的弊端，改變占空比可調(diào)的范圍較小，還增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，并且我們一般用D類功放做換能器的驅(qū)動(dòng)電路，D類功放在實(shí)現(xiàn)改變占空比時(shí)，容易導(dǎo)致波形失真（A類功放效率太低，故不采用）。另一方面就是在接收電路使勁加大可調(diào)增益范圍，這樣給硬件帶來不必要的開支，又給能量帶來不必要的浪費(fèi)。

有鑒于此，亟待研發(fā)出一種能夠解決上述問題的ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的旨在解決上述ADCP發(fā)射聲源級(jí)調(diào)節(jié)方案的弊端，從而提供一種新型的ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型還提供了一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路。該電路包括正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元、負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元、驅(qū)動(dòng)單元和換能器，

所述正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元、負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元分別與所述驅(qū)動(dòng)單元相連接，分別用于輸出設(shè)定范圍內(nèi)的正電壓和負(fù)電壓，以向所述驅(qū)動(dòng)單元提供不同大小的電壓源；所述正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元輸出的正電壓與所述負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元輸出的負(fù)電壓的絕對(duì)值相等；

所述驅(qū)動(dòng)單元與所述換能器相連，用于根據(jù)提供的電壓源驅(qū)動(dòng)所述換能器；

所述換能器，用于通過驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度信號(hào)的發(fā)射。

優(yōu)選地，所述正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元輸出的正電壓范圍為2.5V～20V，所述負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元輸出的負(fù)電壓范圍為-2.5V～-20V。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元包括斬波單元、電阻反饋單元和控制單元，

所述斬波單元為DC/DC 控制器LT3757搭建的SEPIC斬波電路，其與所述電阻反饋單元相連，用以實(shí)現(xiàn)輸出電壓大于或等于或小于輸入電壓；

所述電阻反饋單元與所述控制單元和所述斬波單元相連，用以通過控制單元改變阻值以實(shí)現(xiàn)輸出電壓2.5V到20V的可控。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元還包括濾波單元，其與所述斬波單元相連，用以對(duì)斬波單元輸出的電壓進(jìn)行濾波處理。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元包括升降壓式變換單元、電阻反饋單元和控制單元，

所述升降壓式變換單元為DC/DC 控制器LT3757搭建的BUCK-BOOST電路，其與所述電阻反饋單元相連，用以實(shí)現(xiàn)輸出電壓小于或高于輸入電壓，輸出電壓極性相反于輸入電壓；

所述電阻反饋單元與所述控制單元和所述升降壓式變換單元相連，用以通過控制單元改變阻值以實(shí)現(xiàn)輸出電壓-2.5V到-20V的可控。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元還包括濾波單元，其與所述升降壓式變換單元相連，用以對(duì)升降壓式變換單元輸出的電壓進(jìn)行濾波處理。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過正負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元輸出的設(shè)定范圍內(nèi)的正負(fù)電壓值作為驅(qū)動(dòng)單元的輸入端電壓，進(jìn)而改變換能器的驅(qū)動(dòng)電壓，即實(shí)現(xiàn)換能器的聲源級(jí)可調(diào)。不但解決了改變發(fā)射占空比帶來的弊端的前提下，而且即能實(shí)現(xiàn)節(jié)能，又能在硬件上減少不必要的開支，減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的原理框圖；

圖2為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為圖2的具體電氣原理圖；

圖5為圖3的具體電氣原理圖；

圖6為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，附圖僅為示例性說明，并未按照嚴(yán)格比例繪制，而且其中可能有為描述便利而進(jìn)行的局部放大、縮小，對(duì)于公知部分結(jié)構(gòu)亦可能有一定缺省。

圖1為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的原理框圖。

如圖1所示，本實(shí)用新型的ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路包括正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1、負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2、驅(qū)動(dòng)單元3和換能器4。

正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1和負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2分別與驅(qū)動(dòng)單元3相連接，分別用于輸出設(shè)定范圍內(nèi)的正電壓和負(fù)電壓，以向驅(qū)動(dòng)單元3提供不同大小的電壓源。并且正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1輸出的正電壓與負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2輸出的負(fù)電壓的絕對(duì)值相等。其中，正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1輸出的正電壓范圍為2.5V～20V，負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2輸出的負(fù)電壓范圍為-2.5V～-20V。

驅(qū)動(dòng)單元3與換能器4相連，主要負(fù)責(zé)根據(jù)正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1和負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2提供的電壓源驅(qū)動(dòng)換能器4工作。其中，驅(qū)動(dòng)單元3采用D類功率放大器。

換能器4主要用來通過驅(qū)動(dòng)單元3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度信號(hào)的發(fā)射。

如圖2所示，本實(shí)用新型的正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1包括斬波單元11、電阻反饋單元12和控制單元13。斬波單元11為DC/DC 控制器LT3757搭建的SEPIC斬波電路，其與電阻反饋單元12相連，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)輸出電壓大于或等于或小于輸入電壓。電阻反饋單元12與控制單元13和斬波單元11相連，負(fù)責(zé)通過控制單元13改變阻值以實(shí)現(xiàn)輸出電壓2.5V到20V的可控。

應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)施例中的正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1還包括濾波單元14及與其連接的負(fù)載15，濾波單元14與斬波單元11相連，用以對(duì)斬波單元11輸出的電壓進(jìn)行濾波處理后送給負(fù)載15端。

如圖3所示，負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2包括升降壓式變換單元21、電阻反饋單元22和控制單元23。升降壓式變換單元21為DC/DC 控制器LT3757搭建的BUCK-BOOST電路，其與電阻反饋單元22相連，用以實(shí)現(xiàn)輸出電壓小于或高于輸入電壓，輸出電壓極性相反于輸入電壓。電阻反饋單元22與控制單元23和升降壓式變換單元21相連，用以通過控制單元改變阻值以實(shí)現(xiàn)輸出電壓-2.5V到-20V的可控。

同樣，本實(shí)施例中的負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2還包括濾波單元24及與其連接的負(fù)載25，濾波單元24與升降壓式變換單元21相連，用以對(duì)升降壓式變換單元21輸出的電壓進(jìn)行濾波處理后送給負(fù)載25端。

此外，需要說明的是，本實(shí)用新型中正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元1和負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)單元2均采用了DC/DC 控制器LT3757構(gòu)建電路，這是因?yàn)锳DCP系統(tǒng)的輸入電壓是12V，換能器需要電源可實(shí)現(xiàn)的電壓可調(diào)范圍是：正負(fù)電壓都要從正負(fù)2.5V到正負(fù)20V可調(diào)，而且正負(fù)電壓在發(fā)射時(shí)多要平衡即絕對(duì)值相等，需要的電源輸出電流在500mA以上。所以本實(shí)用新型采用DC/DC 控制器 LT3757芯片構(gòu)建電路，LT3757芯片是凌特公司(Linear)推出的寬輸入范圍 DC/DC 控制器，該器件適用于升壓型、反激式、SEPIC 和負(fù)輸出電源應(yīng)用，能夠產(chǎn)生正或負(fù)的穩(wěn)定輸出電壓。LT3757 有兩個(gè)電壓反饋誤差放大器和基準(zhǔn)電壓。一套用于正輸出電壓，具有 1.60V 基準(zhǔn)電壓；另一套用于負(fù)輸出電壓，具有 -0.8V 基準(zhǔn)電壓，兩個(gè)基準(zhǔn)都來自單一反饋引腳，從而使 LT3757 成為適用于多種類型電源設(shè)計(jì)的高度通用 DC/DC 控制器。并且在500mA時(shí)，此時(shí)電源的輸出效率可以達(dá)到90%左右。以下通過圖4和圖5具體說明。

圖4示意了本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的正發(fā)射電壓調(diào)節(jié)電氣原理圖，如圖4所示，本實(shí)用新型實(shí)施中采用芯片LT3757搭建了一個(gè)SEPIC斬波電路，其是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓大于，等于，或小于輸入電壓的電路，由LT3757（U6）、MOS管Q2和二極管D3構(gòu)成。MOS管Q2的柵極和LT3757（U6）的7腳相連，漏極和電感L1的3腳相連，源級(jí)和LT3757（U6）的6腳相連。LT3757（U6）產(chǎn)生正電壓時(shí)，電感L1的同名端1，2兩腳分別接電源的輸入及地，電感L1的4腳和二級(jí)管D3一端相連。二級(jí)管D3另一端通過電阻R45和零歐姆電阻R60與可控電阻U8相連最終輸出所需的正電壓。其中，電阻R45、電阻R46、零歐姆電阻R60和可控電阻U8構(gòu)成電阻反饋單元。電容C38、C52、C55、C54構(gòu)成濾波單元，用以對(duì)LT3757（U6）輸出正電壓進(jìn)行濾波處理。在LT3757芯片構(gòu)建的該電路中，可以控制R45及可控電阻U8的阻值來方便的控制輸出電壓。其輸出電壓的公式如下：

Vout,positive = 1.6V*(1+R45/U8的阻值)

上式中可以改變可控電阻U8的阻值來改變輸出電壓，通過控制單元控制可控電阻U8進(jìn)行阻值變換，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓2.5V到20V的可控。

另外，本實(shí)用新型實(shí)施例還可以實(shí)現(xiàn)固定的正電壓輸出，該固定的輸出電壓公式如下：

Vout = 1.6V*(1+R45/R46)

圖5示意了本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)電路的負(fù)發(fā)射電壓調(diào)節(jié)電氣原理圖，如圖5所示，LT3757（U7）采用的應(yīng)是INVERTING的方式（既DC-DC開關(guān)電源逆變）提供負(fù)電源的。INVERTIN電路也叫BUCK-BOOST電路，是開關(guān)電源六種基本DC-DC變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。其又叫升降壓式變換器，是一種輸出電壓既可低于也可高于輸入電壓的單管不隔離直流變換器，但其輸出電壓的極性與輸入電壓相反。BUCK-BOOST電路也可看做是Buck電路和Boost電路串聯(lián)而成。在該圖中，INVERTIN電路由LT3757（U7）、MOS管Q3和二極管D4構(gòu)成。MOS管Q3的柵極和LT3757（U7）的7腳相連，漏極和電感L2的3腳相連，源級(jí)和LT3757的6腳相連。LT3757產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，電感L2的同名端1，2兩腳分別接電源的輸入及電源的輸出，電感L2的4腳和二級(jí)管D4相連接到地。其中，電阻R53、電阻R54、零歐姆電阻R61和可控電阻U9構(gòu)成電阻反饋單元。電容C39、C41、C42、C43構(gòu)成濾波單元，用以對(duì)LT3757（U6）輸出負(fù)電壓進(jìn)行濾波處理。芯片LT3757（U7）構(gòu)建的該電路中，也如正電壓一般可以控制R53及U9的阻值來方便的控制輸出電壓。其輸出電壓的公式如下：

Vout,positive = -0.8V*(1+R53/ U9的阻值)

上式中可以改變可控電阻U8的阻值來改變輸出電壓，通過控制單元控制可控電阻U8進(jìn)行阻值變換，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓-2.5V到-20V的可控。從而最終實(shí)現(xiàn)發(fā)射聲源級(jí)可控。

另外，本實(shí)用新型實(shí)施例還可以實(shí)現(xiàn)固定的負(fù)電壓輸出，該固定的輸出電壓公式如下：

Vout = 1.6V*(1+R53/R54)

圖6為本實(shí)用新型的一種ADCP發(fā)射聲源級(jí)可調(diào)的方法流程圖。

在步驟601中，分別輸出設(shè)定范圍內(nèi)的正電壓和負(fù)電壓，輸出的正電壓與輸出的負(fù)電壓的絕對(duì)值相等，輸出的正電壓范圍為2.5V～20V，輸出的負(fù)電壓范圍為-2.5V～-20V。

在步驟602中，根據(jù)輸出的正電壓和負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)換能器，以實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度信號(hào)的發(fā)射。

其中，步驟601中輸出2.5V～20V的正電壓具體包括：首先產(chǎn)生大于或等于或小于輸入電壓的正輸出電壓，如可通過采用芯片LT3757搭建了一個(gè)SEPIC斬波電路實(shí)現(xiàn)。對(duì)正輸出電壓進(jìn)行調(diào)整控制，以實(shí)現(xiàn)正輸出電壓從2.5V到20V的變換，如可通過控制電路控制與SEPIC斬波電路相接的電阻反饋電路的電阻值以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)整。步驟601中所述輸出-2.5V～-20V的負(fù)電壓具體包括：產(chǎn)生小于或高于輸入電壓且極性相反于輸入電壓的負(fù)輸出電壓，如可通過采用芯片LT3757搭建的BUCK-BOOST電路實(shí)現(xiàn)。對(duì)負(fù)輸出電壓進(jìn)行調(diào)整控制以實(shí)現(xiàn)負(fù)輸出電壓從-2.5V到-20V的變換，如可通過控制電路控制與SEPIC斬波電路相接的電阻反饋電路的電阻值以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)整。

步驟602中，根據(jù)輸出的正電壓和負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)換能器可由D類功率放大器來實(shí)現(xiàn)。

在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語 “相連”“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

專業(yè)人員應(yīng)該還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來使用不同方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本實(shí)用新型的范圍。

結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。