[实用新型]压力变化状态下超声波前置信号自适应电路

说明书

技术领域

    压力变化状态下超声波前置信号自适应电路，涉及超声波接收电路的前置信号处理电路的改进，适用处于气体压力变化状态下的超声波气体流量计，超声波液体浓度测量仪，气体组分分析仪等设备。

背景技术

现有超声波气体流量计中的超声波接收电路，其前置信号处理电路都是采用固定增益倍数的放大电路、几种增益倍数手动选择、或者机械电位器调整等种方法。由于前置超声波信号处理电路，对超声波气体流量计的适用范围起着决定性的作用。在实际应用中，前置超声波接收信号的强弱，除了和超声波传播距离（声程）有关以外，还要受气体压力的大小、变化、气体组分的影响。超声波气体流量计在实际工作状态中，气体压力往往在一定范围内波动，且压力的变化对超声波信号的幅值影响非常大，有几百倍的差距，这对后续的处理电路造成了非常大的困难，现有的方法是按照压力使用范围，调整机械电位器的电阻值进而改变放大增益，使得适用压力范围内信号既不能因为压力过大信号失真也不能因为压力过小而信号不能触发声时门，使用机械电位器调整的固定增益往往压力适用范围比较小，一旦压力发生变化无法实现实时跟踪。机械电位器的调整比较麻烦，不能实现在线调整，不容易实现前置增益的数字量化处理，不利于恢复出厂前置增益值，不方便与出厂增益控制值比较进而进行智能化诊断，给出探头维修或者更换的准确数据。

发明内容

针对现有的超声波接收信号前置处理电路的不足，本发明人通过长期研究，设计了一种电路结构简单、新颖，生产方便、不仅适用于压力变化范围宽、不同气体组分，且利于智能化诊断的压力变化状态下超声波前置信号自适应电路。

本实用新型自适应电路，由高精度运算放大器，高精度数字电位器，检波电路，MCU控制器，模/数转换器，压力传感器、阻抗匹配输出电路经电路连接组成。

本实用新型超声波前置信号自适应电路工作时，超声波回波接收信号进入高精度运算放大器，通过高精度运算放大器、高精度数字电位器和自适应算法软件，可根据预先输入的气体组分、前置压力中心值进行信号半自动自适应初调放大增益，通过压力传感器或者压力变送器，使得可以通过参数设置，配置成压力跟随自适应状态，实现实时压力变化自适应控制。MCU控制器根据设置的组分或者默认的组分，计算出需要的放大器增益，再一步换算成数字电位器阻值，并由MCU控制器设置进高精度数字电位器里，MCU控制器会不断通过检波电路对检波出来的信号通过模/数转换器进行采集。在压力为手动输入模式下输入，如果压力输入值和实际区别比较大，MCU控制器会根据预设的算法软件给出估计值做参考，同时会输出报警信息。如果压力是利用压力传感器进行实时采集模式下得到的，MCU控制器根据设置的组分或者默认的组分、超声波检波信号的实时采集数据、压力的传感器的实时压力三个参数进行自适应模糊控制，同时会给出实际前置放大增益。压力传感器在线实时检查出压力变化情况，通过MCU控制器，根据算法软件计算出前置增益需要的控制值，然后改变高精度数字电位器的阻值实现PGA，增益分辨率可达到256Temp，而且其电压增益是完全线性的，有效防止或避免了压力变化引起控制值系统振荡，经自适应控制的信号经阻抗匹配输出电路输至后续电路。

本实用新型超声波前置信号自适应电路结构简单、新颖，利于实现生产的数字化标定和使用方便，增益分辨率可达到256Temp，增益效果好且稳定，可有效提高超声波流量计的信号适应范围。

附图说明

图1为本实用新型超声波前置信号自适应电路示意图。

具体实施方式

本实用新型超声波前置信号自适应电路，由高精度运算放大器，高精度数字电位器， MCU控制器，检波电路，模/数转换器，压力传感器，阻抗匹配输出电路通过电路连接组成。

高精度运算放大器与高精度数字电位器、阻抗匹配输出电路、检波电路连接，MCU控制器与高精度数字电位器、模/数转换器、压力传感器连接，检波电路与模/数转换器连接。

本实用新型信号自适应电路在线工作时，高精度运算放大器接收换能器的超声波信号，经高精度运算放大器后传输到高精度数字电位器，结合自适应算法软件，本实用新型自适应电路根据预先输入的气体组分、前置压力中心值对信号进行半自动自适应初调，通过压力传感器，经参数设置，配置成压力跟随自适应状态，实现实时压力变化自适应控制。MCU控制器根据设置的组分或者默认的组分，计算出需要的放大器增益后换算成数字电位器阻值，并由MCU控制器设置进高精度数字电位器里，MCU控制器会不断通过检波电路对检波出来的信号通过模/数转换器进行采集，压力传感器在线实时检查出压力变化情况，通过MCU控制器，根据算法软件计算出前置增益需要的控制值，然后改变高精度数字电位器的阻值实现PGA。当压力为手动输入模式下时，输入的压力值和实际相差比较大，MCU控制器会根据预设的算法软件给出估计值做参考，同时会输出报警信息。如果压力是利用压力传感器进行实时采集模式下得到的，MCU控制器根据设置的组分或者默认的组分、超声波检波信号的实时采集数据、压力的传感器的实时压力三个参数进行自适应控制，同时给出实际前置放大增益，经自适应控制的信号经阻抗匹配输出电路输出至后续电路。本实用新型超声波前置信号自适应电路增益分辨率达到256Temp，而且其电压增益是完全线性的，有效防止或避免了压力变化引起控制值振荡，从而影响超声波气体流量计的正常工作和检查效果。