[實(shí)用新型]一種超聲波換能器的數(shù)字信號調(diào)制與驅(qū)動電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920450176.5
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN209589144U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 遲瑞東;歷寶忠;遲瑞娟
• 申請（專利權(quán)）人: 淄博宇聲計量科技有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 濟(jì)南竹森知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37270
• 代理人: 呂利敏

一種超聲波換能器的數(shù)字信號調(diào)制與驅(qū)動電路，包括數(shù)字信號調(diào)制器、模擬適配電路以及可編程功率驅(qū)動控制電路；所述數(shù)字信號調(diào)制器包括：在微處理器U1內(nèi)部設(shè)置的數(shù)字信號調(diào)制器DSM，其用于對超聲波換能器的數(shù)字驅(qū)動信號的調(diào)制；反相器A1提供一路與DSM輸出信號相位互補(bǔ)的信號，兩路所述信號相互配合驅(qū)動下述模擬適配電路中所述推挽電路的兩臂交替導(dǎo)通和關(guān)斷；本實(shí)用新型通過所述數(shù)字信號調(diào)制器采用數(shù)字調(diào)制信號，其設(shè)計優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計靈活高效，可以通過軟件實(shí)現(xiàn)任意頻率、相位、脈寬以及占空比的調(diào)制，大大簡化硬件電路實(shí)現(xiàn)，降低功耗和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種超聲波換能器的數(shù)字信號調(diào)制與驅(qū)動電路，屬于超聲波計量及超聲波換能器控制與應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超聲波換能器的功能是將輸入的電能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能量，并以聲波的形式發(fā)射出去，或者將接收到的聲波能量，即一種機(jī)械振動能轉(zhuǎn)換為電能，由后端的電路及微處理器做電子化和數(shù)字化處理。超聲波換能器的信號調(diào)制和驅(qū)動是根據(jù)系統(tǒng)要求產(chǎn)生電激勵信號并驅(qū)動換能器產(chǎn)生需要的超聲波信號輸出的電路。

超聲波計量設(shè)備的國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對計量精度和重復(fù)性，批量生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性都有嚴(yán)格明確的要求，設(shè)備必須能夠在復(fù)雜電磁與聲波干擾、惡劣的溫度和濕度環(huán)境正常工作，適應(yīng)不同的測量介質(zhì)以及介質(zhì)組份變化。為了滿足上述要求，超聲波計量設(shè)備的測量控制電路必須有良好的噪聲抑制和抗干擾能力，在實(shí)現(xiàn)高的計量精度的前提下，保證工作狀態(tài)的高可靠性和穩(wěn)定性。作為超聲波計量技術(shù)重要組成部分，本實(shí)用新型與計量用超聲波換能器、超聲波換能器的阻抗匹配電路、高精度數(shù)字信號處理算法一道，保證了在各種惡劣工作環(huán)境下的計量精度和穩(wěn)定性。

常用超聲波換能器驅(qū)動信號的調(diào)制模式包括振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、脈沖寬度調(diào)制、占空比調(diào)制以及相位調(diào)制等。現(xiàn)有技術(shù)多采用模擬調(diào)制方法，主要原因是超聲波換能器多為模擬器件，無法采用數(shù)字信號直接有效驅(qū)動。雖然常用超聲波換能器驅(qū)動信號的調(diào)制模式均可以采用模擬調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)，不過和數(shù)字調(diào)制方法相比，模擬調(diào)制方法電路復(fù)雜，成本高，靈活性差，尤其是在同一應(yīng)用中需要同時實(shí)現(xiàn)多種信號調(diào)制模式時，模擬調(diào)制方法的局限性就很明顯，甚至是難以實(shí)現(xiàn)的。

相比之下，數(shù)字調(diào)制方法只需利用微處理器通過軟件即可實(shí)現(xiàn)，需要的硬件材料少，電路簡單，實(shí)現(xiàn)成本低，而且每一種或者幾種，甚至全部信號調(diào)制模式都可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)，即使是模擬調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)難度較大的精密相位調(diào)制采用數(shù)字調(diào)制也可以很容易實(shí)現(xiàn)。

然而數(shù)字調(diào)制的局限是數(shù)字信號驅(qū)動換能器效率低，難以適用于不同的換能器器件和各種工作環(huán)境與介質(zhì)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種超聲波換能器的數(shù)字信號調(diào)制與驅(qū)動電路，包含的模擬適配電路以及可編程功率驅(qū)動控制電路與數(shù)字信號調(diào)制器相匹配。本實(shí)用新型不但能彌補(bǔ)數(shù)字調(diào)制方法驅(qū)動模擬換能器效率低這個局限性、滿足不同的超聲波換能器的技術(shù)要求、適應(yīng)各種溫度濕度及干擾環(huán)境，還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性相統(tǒng)一的設(shè)計目標(biāo)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種超聲波換能器的數(shù)字信號調(diào)制與驅(qū)動電路，包括數(shù)字信號調(diào)制器、模擬適配電路以及可編程功率驅(qū)動控制電路；

所述數(shù)字信號調(diào)制器包括：在微處理器U1內(nèi)部設(shè)置的數(shù)字信號調(diào)制器DSM，其用于對超聲波換能器的數(shù)字驅(qū)動信號的調(diào)制；反相器A1提供一路與DSM輸出信號相位互補(bǔ)的信號，兩路所述信號相互配合驅(qū)動下述模擬適配電路中所述推挽電路的兩臂交替導(dǎo)通和關(guān)斷；本實(shí)用新型通過所述數(shù)字信號調(diào)制器采用數(shù)字調(diào)制信號，其設(shè)計優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計靈活高效，可以通過軟件實(shí)現(xiàn)任意頻率、相位、脈寬以及占空比的調(diào)制，大大簡化硬件電路實(shí)現(xiàn)，降低功耗和成本。