超聲波液位計研發的探討  二十三

2-4-4 精密包絡檢波電路

上面主要討論介紹了增益程序控制的方法，基本能夠實現信號幅值的穩定。為了能夠有效地抑制雜波噪聲干擾，精確的將超聲波回波信號的包絡線取出來，從而確定準確的回波接收時刻，實現精確測距，本課題中采用了比較常用的全波精密包絡檢波電路來實現對回波信號的包絡線的檢測處理。

分析上圖所示電路可知，前一級運放U11A 和周邊元件組成半波整流器，而電阻R51、電容C35和后一級運放組成低通濾波電路。由于回波信號的中心頻率為50KHz，為了實現對信號的快速響應，電路中的兩個二極管D1 和D2 采用的是超快恢復二極管FR101，它的響應時間僅有150nS，遠低于普通二極管的響應時間。為了與后一級運放組成相加放大器，

其中，圖2.14 中的電容C35 為濾波電容，起濾除載波頻率信號的作用。經過實驗驗證，此電路對超聲波回波信號的包絡能夠精確提取，其上的紋波僅有5～10，這為以后的信號整形和處理提供了方便，同時也有利于信號檢測精度的提高。

2-4-5 比例微分電路

由于空氣中雜散顆粒、氣流、溫度、濕度等因素的影響，超聲波回波信號幅度始終有小幅的波動。這種情況下，如果僅僅是以回波信號包絡線的凹陷部分來確定接收時刻，由于信號的波動，必然會有較大的誤差。雖然各種因素的干擾會使回波信號會出現小幅波動，導致信號凹陷部分的最低點也隨著之波動，然而凹陷部分的最低點在時域范圍內是固定不變的，可以通過這個最低點來確定相對穩定的接收時刻。常用的微分電路只能反映輸入信號的變化速度，當輸入信號無變化或者變化很緩慢時，其輸出為零；對于一個固定不變的偏差，無論多大均無輸出，即無法克服靜差。因此，其常用于調節器運算電路中，實現對輸入偏差信號的微分前饋調節。實際應用中，為了將信號的幅值波動、信緩慢變化及靜差的

影響降到最低，本課題加入了比例運算電路環節，采用了比例微分控制電路將回波信號包絡線的凹陷部分轉化為相對穩定的過零點來確定穩定的接收時刻。

由公式（2.11）可以得出，比例微分電路的輸入Vi 和對應輸出Vo 的波形如圖2.18 所示。

超聲波液位計