一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路的制作方法
【專利摘要】一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路，高精度運算放大器輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接峰值采樣保持電路輸入端；峰值采樣保持電路的輸出端連接高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器4的輸入端；高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接MCU增益電路控制模塊的輸入端；增益電路控制模塊的輸出端連接高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端；高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電壓調(diào)整電路；電壓調(diào)整電路的輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接阻抗匹配輸出電路的輸入端。本實用新型能在外界環(huán)境影響下，通過信號自動增益電路對所接收信號進行自動調(diào)整處理。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種信號自動增益電路，尤其是能在各種外界環(huán)境影響下的氣體 超聲流量計的自適應(yīng)信號調(diào)整電路。 一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的超聲流量計的信號檢測電路在處理經(jīng)長線傳輸后微弱的電信號時，需要 進行適當(dāng)?shù)难a償和校正。目前所采用的方法，有固定增益的放大電路、手動增益倍數(shù)的選 擇、機械電位器的手動調(diào)節(jié)等。上述方法均無法滿足超聲傳感器的維修與更換時，傳感器的 自身特性帶來的信號差異和測量的偏差；無法實際反映出測量管道壓力的波動、氣體流速 的變化引起的傳感器接收信號的跳動，使得流量計內(nèi)部電路不能針對該狀況，做出相對應(yīng) 的信號幅值的在線調(diào)整；使得內(nèi)部電路無法實現(xiàn)信號自動增益的數(shù)字量化處理；無法滿足 在出廠前設(shè)置的信號幅值控制范圍內(nèi)所進行的智能化的診斷與處理；無法達到傳感器自身 特性所固有的信號幅值與靈敏度，導(dǎo)致超聲波流量計難以滿足計量系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度的要 求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型提供一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路。
[0004] 一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路，其特征在于，高精度運算放大 器輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出 端連接峰值采樣保持電路輸入端；峰值采樣保持電路的輸出端連接高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的 輸入端；高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接MCU增益電路控制模塊的輸入端；增益電路控 制模塊的輸出端連接高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器6輸入端；高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電 壓調(diào)整電路；電壓調(diào)整電路的輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可 調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接阻抗匹配輸出電路的輸入端。
[0005] 本實用新型的工作原理是，超聲波前置接收的信號輸入到高精度運算放大器的輸 入端，通過高精度運算放大器進行信號半自動自適應(yīng)初調(diào)放大，隨后高精度運算放大器輸 出端將半自動自適應(yīng)初調(diào)放大后的信號，連接到高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器進行AGC信 號處理，處理后的信號依次經(jīng)過峰值采樣保持電路與高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器進行信號采集轉(zhuǎn) 換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號輸送MCU增益電路控制模塊，這樣A/D采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過MCU增益電路控 制模塊的AGC自適應(yīng)算法關(guān)系來計算，計算出需要的放大器增益對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，將計算 出的自動增益值轉(zhuǎn)換成符合D/A輸出的數(shù)據(jù)，傳遞給高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換成 相信號自增益調(diào)節(jié)控制的電壓，經(jīng)過電壓調(diào)整電路輸出，使其可以滿足高增益可調(diào)節(jié)寬帶 壓控放大器處理的AGC的電壓信號，高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出引腳輸出電壓值 (用Vc表示)，MCU增益電路控制模塊對高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出引腳施加不同 的電壓來控制增益的大小的，其控制電壓值Vc與增益G的函數(shù)關(guān)系如下，S卩，自適應(yīng)算法：
[0006] G(v/v)=10_2Vc;+1……公式 1; G(dB)=-40Vc;+1dB……公式 2。
[0007] 通過阻抗匹配輸出電路，使得可以通過高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的反饋控制 技術(shù)實現(xiàn)電路自動控制，配置成跟隨外界變化的自適應(yīng)狀態(tài)的信號，又可以達到信號自動 增益的反饋控制系統(tǒng)的控制作用。
[0008] 信號自動增益控制電路是一個反饋控制系統(tǒng)，MCU增益電路控制模塊會不斷通過 自動增益電路對超聲接收的信號進行放大與縮小，使得超聲接收的信號達到信號幅值控制 范圍之內(nèi)，滿足系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度的要求。
[0009] 本實用新型主要解決了現(xiàn)有超聲流量計的信號檢測處理過程中存在的缺陷，可 實際反映出測量管道壓力的波動、氣體流速的變化引起的傳感器接收信號的跳動，使得流 量計內(nèi)部電路能針對該狀況，做出相對應(yīng)的信號幅值的在線調(diào)整；使得內(nèi)部電路可實現(xiàn)信 號自動增益的數(shù)字量化處理；滿足了在出廠前設(shè)置的信號幅值控制范圍內(nèi)所進行的智能化 的診斷與處理；并能達到傳感器自身特性所固有的信號幅值與靈敏度，使超聲波流量計可 滿足計量系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度要求。
[0010] 本實用新型的有益效果是，無論超聲波前置接收的信號的增加或減小，輸出信號 電平僅在較小的范圍內(nèi)變化，從而保持在輸入信號變化的情況下輸出信號基本穩(wěn)定，達到 自動增益控制信號自動調(diào)節(jié)的目的，有效提高超聲波流量計的信號適應(yīng)范圍，實現(xiàn)信號實 時變化自適應(yīng)控制。滿足系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型超聲波信號自動增益電路示意圖。
[0012] 1商精度商速的運算放大器、
[0013] 2高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器、
[0014] 3峰值采樣保持電路、
[0015] 4高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器、
[0016] 5MCU增益電路控制模塊、
[0017] 6高速的模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器、
[0018] 7電壓調(diào)整電路、
[0019] 8阻抗匹配輸出電路。

【具體實施方式】
[0020] 結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的描述。
[0021] 一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路，高精度運算放大器1輸出端連 接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2輸入端；高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接峰 值采樣保持電路3輸入端；峰值采樣保持電路的輸出端連接高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器4的輸入 端；高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接MCU增益電路控制模塊5的輸入端；增益電路控制模 塊的輸出端連接高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器6的輸入端；高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電壓 調(diào)整電路7 ;電壓調(diào)整電路的輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2輸入端；高增益可 調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接阻抗匹配輸出電路8的輸入端。
[0022] 當(dāng)因機械上各個聲道的長度不同、傳感器的特性存在差異和測量、壓力不同的波 動變化、氣體流速的變化引起的每次測量，傳感器接收的信號大小超出信號幅值控制范圍 時，超聲波前置接收的信號輸入到高精度運算放大器1進行信號半自動自適應(yīng)初調(diào)放大， 然后高精度運算放大器1輸出端將半自動自適應(yīng)初調(diào)放大后的信號，連接到高增益可調(diào)節(jié) 寬帶壓控放大器2進行信號自動增益處理。
[0023] 高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2的輸出端與峰值采樣保持電路3連接，將自反饋 控制信號通過高速的模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器4進行信號采集轉(zhuǎn)換數(shù)字信號輸送給MCU增益電路控 制模塊5 ;另外高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2的輸入端連接著上次AGC自適應(yīng)算法計算 出需要的放大器增益對應(yīng)的數(shù)據(jù)關(guān)系進行信號自增益調(diào)節(jié)電壓控制，通過電壓調(diào)整電路7 輸出的信號，使其可以滿足高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2處理的AGC的電壓信號。
[0024] MCU增益電路控制模塊5將接收到信號采集轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，與信號幅值控制范圍 相比較，根據(jù)上述的AGC自適應(yīng)算法（即公式1、2)處理，計算出需要的放大器增益對應(yīng)的數(shù) 據(jù)關(guān)系，將計算出的自動增益值轉(zhuǎn)換成符合D/A輸出的數(shù)據(jù)，傳遞給與MCU增益電路控制模 塊5連接的高速的模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器6,來控制電壓調(diào)整電路7輸出，將輸出的符合AGC自適 應(yīng)算法關(guān)系的電壓信號，再次反饋到高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2,使其可以產(chǎn)生滿足高 增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2處理的AGC的電壓信號，使得超聲接收的信號達到信號幅值 控制范圍之內(nèi)，再通過阻抗匹配輸出電路8輸出。
[0025] 該自動增益電路主要運用到高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器2的反饋控制技術(shù)實 現(xiàn)自動控制電路，從而實現(xiàn)超聲波前置接收的信號通過該自動增益電路，配置成跟隨外界 變化的自適應(yīng)狀態(tài)的信號，又可以達到信號自動增益的反饋控制系統(tǒng)的控制作用。
【權(quán)利要求】
1. 一種多通道氣體超聲流量計的信號自動增益電路，其特征在于，高精度運算放大器 輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端 連接峰值采樣保持電路輸入端；峰值采樣保持電路的輸出端連接高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸 入端；高速模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接MCU增益電路控制模塊的輸入端；增益電路控制 模塊的輸出端連接高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端；高速模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端連接電壓 調(diào)整電路；電壓調(diào)整電路的輸出端連接高增益可調(diào)節(jié)寬帶壓控放大器輸入端；高增益可調(diào) 節(jié)寬帶壓控放大器的輸出端連接阻抗匹配輸出電路的輸入端。
【文檔編號】H03G3/20GK203911877SQ201420239784
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】雷戰(zhàn)勝, 姜超, 王景帥, 李冰雨 申請人:上海一諾儀表有限公司