[發明專利]換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置

有效

• 申請號: 201711325093.5
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108168653B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 王宇;靳寶全;高妍;張紅娟;杜志超;喬鐵柱;白清;劉昕
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置，其特征在于，包括：超聲換能器(21)和電學結構部分；

所述電學結構部分包括超聲換能器接口(6)、測距模塊(7)、調零模塊(8)、電容檢測模塊(9)、中央數據處理模塊(10)、超聲換能器頻率輸入模塊(11)、量程選擇模塊(12)、溫度校準模塊(13)、顯示驅動模塊(14)、可調電感模塊(15)、供電模塊(16)、數模轉換模塊(17)、V/I模塊(18)、中周(19)和開關模塊(20)；其中，開關模塊(20)由電力電子開關S1和S2組成，開關模塊(20)輸入端與超聲換能器接口(6)連接，超聲換能器接口(6)與超聲換能器(21)相連，超聲換能器接口(6)為熱插拔的接口，根據測量范圍、物位表面狀況和周圍環境的不同，實時在超聲換能器接口(6)更換不同類型的超聲換能器(21)；開關模塊(20)中開關S1的輸出端與電容檢測模塊(9)相連，開關S2的輸出端與可調電感模塊(15)相連，開關模塊(20)接收中央數據處理模塊(10)的控制指令，并據此對開關S1和S2進行通斷控制；測距模塊(7)發射矩形脈沖，依次通過中周(19)、可調電感模塊(15)的工作繞組傳送給超聲換能器(21)，驅動超聲換能器(21)發出超聲波，再由超聲換能器(21)接收回波并轉化為電信號后傳輸給測距模塊(7)進行測距運算；電容檢測模塊(9)的輸入端與溫度校準模塊(13)和量程選擇模塊(12)相連，并通過開關模塊(20)的開關S1與超聲換能器(21)連接，電容檢測模塊(9)的輸出端與中央數據處理模塊(10)相連，中央數據處理模塊(10)接收測距模塊(7)、調零模塊(8)和超聲換能器頻率輸入模塊(11)的輸入信號，計算出阻抗自適應匹配的電感值，再根據此電感計算并輸出相應的電壓控制量，中央數據處理模塊(10)的輸出端分別與開關模塊(20)、數模轉換模塊(17)和顯示驅動模塊(14)相連，V/I模塊(18)的輸入端與數模轉換模塊(17)相連，通過數模轉換模塊(17)將電壓控制量轉換為電流控制量，V/I模塊(18)輸出端與可調電感模塊(15)的控制繞組相連，電流控制量輸入可調電感模塊(15)的控制繞組，使可調電感模塊(15)中工作繞組的感應電流隨之發生變化，從而使工作繞組的電感值發生變化，達到阻抗匹配的目的；供電模塊(16)連接中央數據處理模塊(10)，以為裝置的用電模塊進行供電。

2.根據權利要求1所述的換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置，其特征在于，還包括機械殼體，所述電學結構部分集成于所述機械殼體內部；機械殼體上設置電源鍵(1)、顯示屏(2)、數字按鍵(3)、調零按鍵(4)、量程選擇按鍵(5)。

3.根據權利要求2所述的換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置，其特征在于，所述電源鍵(1)與供電模塊(16)相連，顯示屏(2)與顯示驅動模塊(14)相連，數字按鍵(3)與超聲換能器頻率輸入模塊(11)相連，調零按鍵(4)與調零模塊(8)相連，量程選擇按鍵(5)與量程選擇模塊(12)相連，所述超聲換能器(21)插在超聲換能器接口(6)處，用于超聲波的產生和接收。

4.根據權利要求1所述的換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置，其特征在于，所述測距模塊(7)和所述中周(19)之間設置一三極管T，三極管的集電極連接中周(19)，基極連接測距模塊(7)，發射極接地；所述中周(19)為中頻變壓器，一端連接三極管的集電極和12V電源，所述12V電源經過濾波電容C2接地，另一端通過匹配電阻R1連接到可調電感模塊的工作繞組，并進一步連接超聲換能器(21)及通過限流電阻R2連接到測距模塊(7)。

5.根據權利要求1所述的換能器阻抗自適應匹配的超聲波物位監測裝置，其特征在于，所述開關模塊(20)的開關S1通過匹配電容C1與可調電感模塊(15)的工作繞組相連。