[发明专利]一种环鸣法声速仪超声波收发电路

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种环鸣法声速仪超声波收发电路，适用于通信领域。

背景技术

超声波是指频率高于20KHz的机械波。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离远，因而超声波可以用于距离的测量。利用超声波检测距离，设计比较方便，计算处理也较简单，并且在测量精度方面也能达到要求。随着现代化海洋资源的探索、开发，超声波在海洋上的应用也随之广泛起来，军事上的声纳技术、多普勒效应测海流、环鸣法声速仪等都是应用的超声波技术。其中，超声波发射/接收电路是影响其性能的关键性技术。其性能直接影响流量计的测量精度。保证超声设备稳定、高效的工作，很大程度上取决于超声波发射/接收电路的工作状态。

发明内容

本发明提供一种环鸣法声速仪超声波收发电路，电路结构紧凑，占用体积小，工作稳定，具有良好的抗干扰性和可靠性，测量较为准确，提高了工作效率。

本发明所采用的技术方案是：

环鸣法声速仪超声波收发电路由高压直流产生电路、高压窄带脉冲电路、输入保护/谐振电路、检波/比较电路组成。

所述直流高压电源部分由IMP803芯片产生，5V直流电压作为输入电压，可以产生输出将近100 V的直流高电压。由IMP803芯片产生的直流高电压稳定、可靠、耐用。IMP803为单电源驱动，其具有很低的电磁干扰，并且很容易控制。IMP803产生直流高压电路只需要少数的外围器件：1个快速恢复二极管，且耐压要大于100V；1个电感，微小型560uH表贴电感(直流电阻小于14.5欧)。

所述高压窄带脉冲电路由N沟道绝缘栅场效应管Q、旁路电阻R1、能量储存电容C、开关二极管D、电阻R2、R3组成。信号通过MOS管驱动电路对功率绝缘栅场效应管进行高速开关控制。

当输入到Q的脉冲为低电平时，Q的栅极置低，Q关断，高压直流电压通过旁路电阻R1，对能量储存电容C经行充电。此时，C的左端为高电压，右端经R2接地为OV，当输入到Q的脉冲为高电平时，Q的栅极置高，Q导通，电容C通过R和D、R3经行放电，放电时间由放电回路中的放电常数决定。放电只是一瞬间，而且电容C两端电压不能突变，所以电容两端的电压出现跳变，C左端瞬间为OV，而右端瞬间为负高压。电容C的放电只是一瞬间，所以电容、电阻不取太大的值，而且能量储存电容C还必需是耐高压的电容。产生的高压窄带脉冲向换能器放电，在换能器中产生超声波。

所述输入保护/谐振电路使用并联限幅电路保护接收电路，电路由二极管D1、D2组成。高压窄带脉冲信号通过电容C1耦合到a点，二极管D1、D2的开关作用，使输入到三极管Q1的高压信号钳位到±0.7 V；对于微变小信号，经电容C1耦合到a点，二极管D1、D2截止，微变小信号直接输入到谐振电路中，谐振电路采用RCL并联谐振电路。

所述检波/比较电路由检波二极管、比较器组成。检波二极管的作用是利用其单向导电性将反射回波中的低频信号提取出来。而比较电路的作用是将检波二极管提取的低频信号转化成可用的脉冲信号，然后输送到CPLD中。

本发明的有益效果是：电路结构紧凑，占用体积小，工作稳定，具有良好的抗干扰性和可靠性，测量较为准确，提高了工作效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的高压直流产生电路。

图2是本发明的电容瞬间放电电路。

图3是本发明的输入保护/谐振电路。

图4是本发明的检波/比较电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，直流高压电源部分由IMP803芯片产生，5V直流电压作为输入电压，可以产生输出将近100 V的直流高电压。由IMP803芯片产生的直流高电压稳定、可靠、耐用。IMP803为单电源驱动，其具有很低的电磁干扰，并且很容易控制。IMP803产生直流高压电路只需要少数的外围器件：1个快速恢复二极管，且耐压要大于100V；1个电感，微小型560uH表贴电感(直流电阻小于14.5欧)。