[实用新型]一种超声波换能器的阻抗匹配与收发功能切换电路

说明书

本实用新型涉及一种超声波换能器的阻抗匹配与收发功能切换电路，其特征在于，包括信号发射回路、信号接收回路和收发切换电路。本实用新型满足了超声波换能器作为发射器和接收器高质量高效率工作的要求，收发电路之间切换灵活方便，便于微处理器控制，同时避免了收发电路之间的干扰，保证了作为发射器时的高效率和作为接收器时的良好的信噪比。本实用新型的整体电路设计基于系统高精度低成本和复杂工作环境的核心要求，实现信号低失真度、低杂散信号辐射、低功耗的设计目标，满足换能器的阻抗匹配要求和系统功能的高效灵活切换。

技术领域

本实用新型涉及一种超声波换能器的阻抗匹配与收发功能切换电路，属于超声波气体计量的技术领域。

背景技术

超声波换能器的功能是将输入的电能量转换成机械能量，并以声波的形式发射出去，或者将接收到的声波能量(一种机械振动能)转换为电能，由后端的电路及微处理器做电子化和数字化处理。

超声波计量设备的国家和行业标准对计量精度和重复性，批量生产产品的一致性都有严格明确的要求，设备必须能够在复杂电磁与声波干扰、恶劣的温度和湿度环境正常工作，适应不同的测量介质以及介质组份变化。为了满足上述要求，设备的测量控制电路必须有良好的噪声抑制和抗干扰能力，保证工作信号质量。本实用新型涉及的超声波换能器的阻抗匹配电路能够有效抑制杂散信号，提高有效测量信号的信噪比，保证了在各种恶劣工作环境下的计量精度和稳定性。

作为电池供电的设备必须实现超低功耗设计，延长电池寿命，尽可能减少更换电池频率，降低设备的使用维护费用。本实用新型涉及的超声波换能器的阻抗匹配设计能够显著地提高能量转化效率，避免高压电路，满足本质安全设计要求，达到单节19安时锂电池稳定工作15年的设计目标。

除了节能，困扰现有民用级产品竞争推广的还包括成本因素，为此，本实用新型涉及的超声波换能器收发功能切换电路通过共用部分电路元器件，既保证了收发电路之间的频域性能的一致性，又最大限度减少了器件用量，实现低成本的设计目的。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种超声波换能器的阻抗匹配与收发功能切换电路。

实用新型概述及术语解释：

超声波换能器的阻抗匹配电路，为了满足低功耗要求，在换能器实现能量转换的过程中要求自身消耗的能量尽可能地低，输出的信号幅度尽可能地高，同时本实用新型设计要求尽可能地避免高电压驱动。高的换能效率由良好的阻抗匹配电路来实现，良好的阻抗匹配电路还要能有效抑制杂散信号，保证工作信号的低失真度，达到计量精度的高要求。

换能器收发及切换电路，超声波换能器既可以作为发射器，又可以作为接收器，好的收发电路设计要求，在避免相互干扰的前提下，既能满足在信号收发功能之间的灵活随意切换，又尽可能多地共用部分电路，提高电子元器件的利用效率、降低成本。

本实用新型的技术方案如下：

一种超声波换能器的阻抗匹配与收发功能切换电路，其特征在于，包括信号发射回路、信号接收回路和收发切换电路；

其中，所述信号发射回路包括信号调制器SM、变压器T1、信号调制输入电路阻抗Xp、阻尼电阻R1、谐振电容C1、保护电阻R2和换能器Td；

作为阻抗匹配器件变压器T1原边绕组接信号调制器SM及其输出电路，副边绕组接作为负载的换能器Td及其接口电路，则所述变压器T1原、副线圈的匝数比由以下公式(1)确定：

在公式(1)中，阻抗匹配器件变压器T1原、副两端电路的阻抗分别用Z_p和Z_s表示；