超聲波液位計研發的探討   二十

本設計中，采用了一種簡單的二階帶通濾波濾波電路，它有一個集成運算放大器和RC 網絡組成，電路如圖2.11 所示。這種帶通濾波器的優點是元件少，輸出阻抗低，品質因數Q 可達20 左右，頻率選擇特定良好，在通頻帶范圍內還可以提供一定的增益，所以應用十分廣泛。

由此可見，二階帶通濾波器的性能主要取決于品質因數Q 和中心角頻率0ω ，為了調節Q 和0ω ，一般先調整R 以改變Q 值，再調整C 以改變0ω ，但調整R 將同時影響0ω ，這是它的不便之處。由于Q值對元件參數誤差十分敏感，該Q值的最大值不宜超過20，一般情況下，以Q≤10為宜。

本課題中，回波信號的中心頻率0 f 為已知量50KHz，濾波器的閉環增益設計為15 左右，品質因數Q 調整為5～6 之間。經過試驗驗證，回波信號基本能不失真的通過二階帶通濾波電路，而噪聲信號得到了有效地衰減和抑制，頻率選擇特性良好，基本達到了預期的目的。

2-4-3 程控增益電路

超聲波回波信號幅度的動態范圍很寬。當液位處于最低時，接收到的回波信號幅度只有幾mV 甚至更低；隨著液位的升高，回波信號的幅度能夠達到幾百mV，其幅值變化達上百倍。然而，增益過大，距離近時的大信號有可能會出現飽和；增益過小，則會導致小信號有可能無法被單片機識別。因此，采用固定增益的電路來處理這種信號是不可能的，必須對電路的增益進行程序控制。目前，實現增益控制的方法有多種。例如：采用自動增益控制電路（簡稱AGC 電路）就可以很容易解決信號穩定的問題。AGC電路的基本原理是隨著輸入信號幅度的變化產生一個相應變化的直流電壓(AGC 電壓)，利用這一電壓去控制一種可變增益放大器的放大倍數：當輸入信號幅度較大時AGC 電壓控制可變增益放大器的放大倍數減小(或者增大可變衰減電路衰減量)；當輸入信號幅度較小時AGC 電壓控制可變增益放大器的放大倍數增加(或者減小可變衰減電路衰減量)。顯然，這種自動增益控制可以達到輸出信號幅度基本穩定的目的。

超聲波液位計