[實用新型]微型超聲波氣泡探測器控制電路

有效

• 申請號: 201320531339.5
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN203405445U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 咸威
• 申請（專利權）人: 北京東方金榮超聲電器有限公司;咸威
• 主分類號: G01N29/22
• 分類號: G01N29/22;G01N29/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本實用新型涉及一種探測管路液體內氣泡的傳感裝置的控制電路，特別是一種微小體積的超聲波氣泡探測器控制電路。

背景技術

現有的探測管路液體內氣泡的超聲波探測器控制電路，其原理均為通過檢測透射過管路的超聲波信號強度，并根據轉換后的電壓信號變化來判斷管路中是否存在氣泡。其接收端電路大多采用整流濾波或信號運算放大濾波，再對濾波后的信號進行信號處理的方法來給出有無氣泡的判斷輸出。其共同的特點是均需要較多的元件，從而使探測器存在控制系統復雜、體積難以縮小、信號響應時間長、成本高等缺點。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺陷，本實用新型專利提供一種微小型的超聲波氣泡探測器控制電路，其使用的元件少、體積小、系統簡單穩定、信號響應速度快，便于封裝成小型模塊。

本實用新型所述微型超聲波氣泡探測器控制電路由超聲波發射端驅動、超聲波接收端信號放大濾波、信號模數轉換三部分電路組成。超聲波發射端驅動部分由有源晶體振蕩器提供；超聲波接收端信號放大濾波部分由超高速電壓比較器和阻容低通濾波器組成；信號數模轉換部分由超高速電壓比較器完成。有源晶體振蕩器輸出端與超聲波換能器發射端相連。超高速電壓比較器由比較器1和比較器2兩個比較器組成，超聲波換能器接收端與比較器1輸入端正極相連，比較器1輸出通過阻容低通濾波器與比較器2輸入端正極相連，比較器1和比較器2的輸入端負極分別與串聯分壓電阻相連。該微型超聲波氣泡探測器控制電路的超聲波發射頻率和超聲波接收頻率在1MHz至5MHz之間。

為了減小控制電路板體積，在控制效果不變的情況下，使用最少數量的元件。本實用新型在接收端部分利用電壓比較器直接將接收到的微弱超聲波脈沖轉換為數字脈沖信號，省去了傳統的整流電路和運算放大器。將數字脈沖信號濾波后再通過另一電壓比較器模數轉換處理，將信號轉換為數字高電平或低電平，無需與非門等邏輯電路。本實用新型對接收到的超聲波脈沖的放大、整流、模數轉換均由電壓比較器來完成，從而使接收端電路僅用一個雙電壓比較器芯片即可完成，減少了元件使用的數量，精簡了系統復雜度。制成雙面貼片PCB后，板面積不超過12mm×28mm，利于嵌入氣泡探測器殼體內，減小了探測器空間。

為了保證對高頻微弱信號的采集，本實用新型采用高速電壓比較器將峰值幾十毫伏的正弦波脈沖切換為數字脈沖信號，再經過濾波處理，提高了探測器的精度和抗干擾能力。超高速電壓比較器的響應時間小于10ns，低通濾波器延遲時間在2μs到3μs之間，從而整體電路的響應時間小于3μs，為氣泡探測器提供了高速的信號響應。

由于本實用新型采用了獨特的信號處理方法，使得本發明超聲波氣泡探測器控制電路模塊體積微小、檢測精度高、響應速度快，易于制成控制電路與傳感器一體的氣泡探測器。

附圖說明

圖1微型超聲波氣泡探測器控制電路框圖

圖2微型超聲波氣泡探測器控制電路原理圖

具體實施方式：

如圖1所示，本實用新型公開了一種微型超聲波氣泡探測器控制電路，其由發射端驅動、接收端信號放大濾波和信號模數轉換三大部分組成。發射端驅動產生連續的超聲波脈沖信號S1，用于驅動超聲波換能器發射超聲波。本實施例中，超聲波振蕩頻率為2MHz，占空比為50％的方波。通過超聲波換能器接收端接收到的微弱超聲波電信號S2被送入信號比較器，與參考信號1S3比較后將超聲波模擬信號整流放大為TTL電平的數字信號。此信號再經過S4到低通濾波器將高頻信號轉為紋波5％以下的穩恒直流信號S5。穩恒直流信號S5與參考信號2S6在比較器中進行二次比較，最終得到TTL電平的數字信號輸出S7。本實施例中參考信號1和參考信號2均為穩恒直流信號，其作用是設定兩個比較器的閥值。當氣泡探測器管路中有液體時，超聲波換能器接收端信號S2幅值將高于閥值參考信號S3，此時比較器輸出信號S4為TTL電平的方波信號，經過濾波后直流信號S5將高于閥值參考信號S6，故此時輸出信號S7為TTL高電平。當氣泡探測器管路中有氣泡或無液體時，超聲波換能器接收端信號S2幅值將接近于0，此時比較器輸出信號S4將為TTL低電平。經過濾波后S5依然為TTL低電平，故此時輸出信號S7也為TTL低電平。

微型超聲波氣泡探測器控制電路原理圖如圖2所示，JP1為一5V有源晶體振蕩器，其作為發射端驅動部分向超聲波換能器發出激勵脈沖信號。JP1的腳1懸空、腳2接地、腳3為方波脈沖輸出、腳4接供電VCC。本電路的供電電壓VCC為5V±0.5V。JP2為MAX912或MAX9012等超高速雙電壓比較器，其響應時間在10ns以內。JP2腳11接VCC供電，腳3、4、6、13、14為接地端，腳7和腳8為第一個比較器的輸入端，接收到的超聲波信號與腳8相連，腳7接參考信號1，參考信號1由R3和R4、R5分壓所得。