[實用新型]一種基于衰減法的超聲波發射與接收電路

有效

• 申請號: 202022854576.8
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN213843115U
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 方立德;楊澤;趙敏慧;韋子輝
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G01N29/032
• 分類號: G01N29/032
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

本實用新型提供了一種基于衰減法的超聲波發射與接收電路。其結構包括電源模塊、主控制模塊、發射模塊和接收模塊。主控制模塊的核心是單片機，其用于信號的發射、接收及與上位機通信等；電源模塊用于為各模塊提供所需電壓；發射模塊用于將單片機提供的3.3V的方波激勵信號進行處理，使其能夠驅動發射端超聲波換能器；接收模塊用于將接收端超聲波換能器轉換的電信號進行濾波、放大等處理，處理后的信號由單片機進行采集；最終由單片機將采集到的數據上傳至上位機。將本實用新型應用于基于衰減法測兩相流相含率的裝置中，能夠在利用超聲衰減法測量相含率的過程中，實現對超聲波換能器的驅動，同時實現對信號的發射、接收的調理。

技術領域

本實用新型涉及氣液兩相流檢測和模擬電子技術領域，具體地說是一種基于衰減法的超聲波發射與接收電路。

背景技術

超聲波技術多用于無損檢測，尤其是在超聲探傷方面，而超聲應用于流量領域，雖已較為成熟，但仍在進一步完善中。2011年，重慶理工大學的張興紅等人針對高精度時差法超聲波流量計的時間差信號采集問題，采用了一款雙通道12位低功耗單片CMOS模擬數字轉換器ADC12DL040芯片設計并實現了超聲波流量計ns級時間差的高分辨率數據采集，實現了400kHz輸入頻率，8MHz采樣頻率的超聲波時間差高分辨率實時采樣。2016年，山東科技大學的高正中等人以控制器STM32設計了一款時差法測量管道流量的超聲波流量計，為了提高環境適應性和流量測量精度，時差測量采用基于BP神經網絡濾波的廣義互相關時延估計算法。該算法通過對多個具有特定統計規律的預濾波器的組合優化來對混合噪聲進行濾波，其具有自學習調整能力，能夠適應動態變化的環境。

實用新型內容

本實用新型的目的就是提供一種基于衰減法的超聲波發射與接收電路，該電路可應用于測量豎直管道氣液兩相流流量的裝置上，實現了在利用超聲衰減法測量相含率的過程中，對超聲波換能器的驅動和接收信號的調理。

本實用新型是這樣實現的：一種基于衰減法的超聲波發射與接收電路，其特征是，包括：

主控制模塊，分別與發射模塊、接收模塊以及電源模塊相接；所述主控制模塊包括STM32F407VGT6單片機，單片機用于提供3.3V的方波信號，同時用于信號的接收以及用于實現與上位機的通信；

發射模塊，分別與所述主控制模塊、電源模塊和發射端超聲波換能器相接；所述發射模塊用于將單片機提供的3.3V的方波信號進行處理，使其能夠驅動發射端超聲波換能器；

發射端超聲波換能器，與所述發射模塊相接，設置在待測管道的一端；所述發射端超聲波換能器用于接收所述發射模塊輸出的電信號并轉換成超聲波，所轉換后的超聲波沿待測管道內的流體一起傳輸；

接收端超聲波換能器，與所述接收模塊相接，設置在待測管道的另一端；所述接收端超聲波換能器用于接收自待測管道內傳輸的超聲波并轉換為電信號，同時還用于把轉換后的電信號輸出至接收模塊；

接收模塊，分別與所述主控制模塊、電源模塊和接收端超聲波換能器相接；所述接收模塊用于將接收端超聲波換能器轉換的電信號進行濾波、放大，并將濾波、放大后的信號輸出至單片機；以及

電源模塊，分別與所述主控制模塊、所述發射模塊和所述接收模塊相接；所述電源模塊用于為所述主控制模塊、所述發射模塊和所述接收模塊提供所需工作電壓。

所述電源模塊包括LM46002芯片和LT1763芯片；所述LM46002芯片用于將外接的24V電壓轉換為5V電壓輸出，所述LT1763芯片用于將所述LM46002芯片輸出的5V電壓轉換為3.3V電壓輸出。

所述主控制模塊還包括外圍電路；所述外圍電路包括電源電路、晶振電路、復位電路及下載電路。

所述發射模塊包括信號產生電路、激勵脈沖反向電路和激勵電壓放大電路；所述激勵脈沖反向電路包括NC7SZ14芯片。