[實用新型]超聲波傳感器的諧振頻率匹配裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520570838.4
• 申請日: 2015-07-31
• 公開（公告）號: CN204988387U
• 公開（公告）日: 2016-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙子鋒;李斌;孫向東;何望星;周芳杰;季鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江迪元儀表有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠得到并穩(wěn)定輸出超聲波傳感器幅值最強(qiáng)時的驅(qū)動信號頻率的超聲波傳感器的諧振頻率匹配裝置。

背景技術(shù)

時差法超聲波流量計是一種無運動部件的流量測量儀表，其在流通通道未設(shè)置任何阻礙件，無壓力損失；可做非接觸式測量，可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補(bǔ)充；除帶測量管段式外，一般不需要作實流校驗；特別是在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點。超聲波在流動的流體中傳播時會載上流體流速的信息，因此通過計算順逆流發(fā)射的超聲波信號的傳播時間即可檢測出流體的流速，并換算成流量。流速計算公式為：

其中v為流速，D為管道內(nèi)徑，T順和T逆分別為超聲波順逆流傳播時間，θ為傳播路徑與流體流向的夾角。

適用于時差法超聲波流量計的超聲波傳感器的整個工作過程可分為兩步：第一步，上游超聲波傳感器接收到一定頻率的電信號，通過流體向下游傳感器發(fā)射超聲波信號，下游超聲波傳感器接收到機(jī)械能形式的超聲波后，轉(zhuǎn)換為正弦波電信號送給信號處理電路；第二步，下游超聲波傳感器接收到一定頻率的電信號，通過流體向上游傳感器發(fā)射超聲波信號，上游超聲波傳感器接收到機(jī)械能形式的超聲波后，轉(zhuǎn)換為正弦波電信號送給信號處理電路。

在超聲波傳感器的生產(chǎn)過程中，無法保證全部傳感器的技術(shù)指標(biāo)完全相同，超聲波傳感器的匹配裝置的頻率和幅值是不變的，會導(dǎo)致匹配裝置與不同的超聲波傳感器匹配時，接收電路得到的信號幅值等參數(shù)不一致，幅值可相差50％以上。

而超聲波流量計的應(yīng)用場合大多為大口徑管道，信號就比較微弱，目前業(yè)內(nèi)多采用增大信號放大電路的增益來處理微弱信號，但會導(dǎo)致干擾信號的同步放大，信噪比沒有得到根本提升。另外在傳感器意外失效更換的情況下，如果信號進(jìn)一步減小，將無法保證更換后的正常工作。

中國專利授權(quán)公開號：CN202631065U，授權(quán)公開日2012年12月26日，公開了一種時差法超聲波流量計的傳輸時間校準(zhǔn)系統(tǒng)，時差法超聲波流量計包括流通通道，流通通道內(nèi)設(shè)有液體，其特征是，傳輸時間校準(zhǔn)系統(tǒng)包括超聲波發(fā)射器、設(shè)置在流通通道上游的用于發(fā)送和接收超聲波信號的上游傳感器、設(shè)置在流通通道下游的用于發(fā)送和接收超聲波信號的下游傳感器、模擬開關(guān)電路、自動增益放大器、用于過零采樣的第一比較器和具有計算初始丟失脈沖數(shù)量用來校準(zhǔn)傳輸時間的計時器，超聲波發(fā)射器和第一比較器均與計時器相連，超聲波發(fā)射器同時連接上游傳感器和下游傳感器，上游傳感器和下游傳感器連接模擬開關(guān)電路，模擬開關(guān)電路連接自動增益放大器，自動增益放大器連接第一比較器。該發(fā)明的不足之處是，功能單一，無法對超聲波傳感器的驅(qū)動頻率進(jìn)行調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的匹配裝置與不同的超聲波傳感器匹配時，接收到的信號幅值誤差較大的不足，提供了一種能夠能夠得到并穩(wěn)定輸出超聲波傳感器幅值最強(qiáng)時的驅(qū)動信號頻率的超聲波傳感器的諧振頻率匹配裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種超聲波傳感器的諧振頻率匹配裝置，包括單片機(jī)、與上游超聲波傳感器和下游超聲波傳感器電連接的驅(qū)動電路、切換電路、自動增益控制電路、二級放大電路、DAC芯片和比較器；單片機(jī)分別與驅(qū)動電路、自動增益控制電路、DAC芯片和比較器電連接，驅(qū)動電路的信號輸出端、切換電路、自動增益控制電路、二級放大電路和比較器依次電連接。

單片機(jī)用于通過驅(qū)動電路對上游超聲波傳感器和下游超聲波傳感器電連接進(jìn)行驅(qū)動，切換電路用于對上游超聲波傳感器和下游超聲波傳感器的收發(fā)進(jìn)行切換控制并獲得檢測信號，自動增益控制電路用于對檢測信號進(jìn)行放大，二級放大電路用于進(jìn)一步對檢測信號進(jìn)行放大并將檢測信號輸入比較器，DAC芯片用于獲得單片機(jī)中預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)幅值，在比較器中將標(biāo)準(zhǔn)幅值和檢測的信號幅值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸入單片機(jī)中，單片機(jī)存儲比較結(jié)果。

單片機(jī)輸出一定頻率的信號給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路對傳感器進(jìn)行驅(qū)動，切換電路控制上游超聲波傳感器和下游傳感器交替處于：上游超聲波傳感器發(fā)送超聲波，下游超聲波傳感器接收超聲波；下游超聲波傳感器發(fā)送超聲波，上游超聲波傳感器接收超聲波的兩個狀態(tài)；

在每個狀態(tài)中，均進(jìn)行如下處理：

驅(qū)動電路得到的檢測信號經(jīng)過自動增益控制電路、二級放大電路的放大處理后輸入比較器進(jìn)行幅值比較，并將比較結(jié)果輸入單片機(jī)中，單片機(jī)存儲比較結(jié)果；