[发明专利]一种低成本超声波换能器信号快速测量方法及电路

说明书

技术领域

本发明属于超声波换能器检测领域，应用于超声波流量计中换能器信号一致性的测试。

背景技术

超声波换能器是一种声电转换装置，广泛应用在超声波流量计中。超声波流量计利用接收到的超声信号来计算流量信息，是一种非接触式的流量计，具有压损小，精度高，量程比大等突出优点，在国际贸易和工程应用中，具有广阔的前景。

所谓换能器的一致性，就是指两个换能器的静态特性和动态特性的相似程度。如果选择的两个超声波换能器的一致性较差，则换能器两个声道差异性较大，导致接收回波的形状，幅值，相位，频率等参数的差异。给硬件的设计和软件的处理也带来了很大的困难。同时也给流量计的安装和测试带来不便，引起测量的误差甚至使流量计不能正常工作。

实际生产中的换能器一致性比较差，发射声波能量和接收灵敏度比较低，因此对超声波换能器的一致性进行必要的筛选是提高仪器性能的一个比较有效的途径。在测量超声波换能器稳态特性的一致性时通常需要使用专用的导纳仪或者通用的阻抗分析仪。由于换能器的参数较多，通过阻抗分析仪得到的一致性结果不够准确，而且现有的换能器阻抗特性分析仪器通常非常昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波换能器信号测量方法和电路，用于换能器信号一致性的测试，提高筛选的简易性，降低检测成本。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明的电路包括单片机，驱动电路，模拟开关切换电路，前置放大电路，带通滤波电路，增益控制电路，峰值采样电路。超声波换能器两端与驱动电路输出端连接，同时与模拟开关切换电路的两个输入端连接，模拟开关切换电路的输出为回波信号Signal+和Signal-，两路回波信号进入前置放大电路，经差分放大后输出为信号V1, 信号V1经过带通滤波电路后输出为信号V2, 信号V2进入增益控制电路后输出为信号V3；信号V3进入峰值采样电路后输出为信号V4，增益控制电路和峰值采样电路构成数字AGC电路；信号V4为回波信号的峰值电压，直接连接单片机的AD采样端口，驱动电路、增益控制电路和峰值采样电路受控于单片机。

本发明的方法是：将换能器正对挡板安装在密闭管道内，并调节好换能器与挡板间距。单片机给予设定的激励信号，声波经过挡板反射后接收。模拟开关切换电路由发射状态转为接收状态，回波信号经过前置放大，带通滤波，程控增益放大，峰值采样后得到回波信号的峰值电压，并输入到单片机进行AD转换读取。单片机通过程控增益放大将换能器回波信号的峰值稳定在一个设定的值，并显示放大的倍数及驱动电压，频率，占空比，脉冲数等参数。根据回波信号的放大倍数判断换能器的参数，为换能器一致性配对提供依据。同时，可以调节激励信号的脉冲数、频率、占空比、驱动电压，改变换能器与挡板之间的距离，用于甄选不同管径流量计的换能器，实现测量的通用性。

本发明的有益效果在于：

本发明结构简单，从实际回波信号的幅值强度出发，通过调整换能器的驱动电压，频率，占空比，脉冲数，得到不同条件下换能器的参数。能够直观的观测出换能器信号的特征，以此筛选出一致性程度较好的换能器，具有成本低，功耗低，测量稳定，分辨率高的特点。

附图说明

图1是换能器安装管道示意图；

图2是测量系统原理框图；

图3-9是系统原理框图内模块的具体电路。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1，将换能器同轴安装在密闭管道中，管道长度为200mm,直径为50mm，内部为常温常压下的空气。管道内的挡板可以沿轴向移动，用以调节声波反射路径的长短。待测的超声波传感器的两根引脚T+和T-接入到电路中。