超聲波液位計(jì)基于DSP的探討 九

3．超聲波液位計(jì)測(cè)量硬件技術(shù)

超聲波液位計(jì)的設(shè)計(jì)主要包括硬件部分(超聲波激發(fā)電路設(shè)計(jì)，超聲波接收電路設(shè)計(jì)，基于DSP的信號(hào)處理系統(tǒng)以及相關(guān)外圍的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì))和軟件部分(放大增益控制系數(shù)設(shè)計(jì)，數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)以及互相關(guān)算法的DSP實(shí)現(xiàn))，為了在不減少超聲波量程的前提下減少超聲波液位計(jì)的盲區(qū)，對(duì)超聲波換能器的電氣模型進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，尋找決定超聲波振動(dòng)時(shí)間的參數(shù)，減少換能器余震。

3．1超聲波激發(fā)模塊

超聲波換能器的激發(fā)依靠的是將電壓加到壓電陶瓷晶體兩端，壓電陶瓷晶體受到激發(fā)以后將產(chǎn)生超聲波。由于本課題研發(fā)的超聲波液位計(jì)量程要求有12-15m，超聲波在空氣中的快速衰減以及激勵(lì)脈沖的產(chǎn)生方式，為了使得超聲波的接收電路能夠得到可靠的超聲波回波，超聲波換能器必須得到高能量的激發(fā)信號(hào)H。因此，需要將控制器產(chǎn)生并通過(guò)輸出的激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)激發(fā)模塊將電壓和功率放大，從DSP控制器的GPIO口發(fā)出的40K方波經(jīng)過(guò)初步放大后接到變壓器兩端，變壓器將激勵(lì)脈沖放大到400—600V以后加到超聲波換能器兩端：本課題選擇的微控制器其10口電平為3．3V，經(jīng)過(guò)限流電阻R1以后，激發(fā)脈沖經(jīng)過(guò)NPN型晶體管Q1(9014)、Q2(9014)以及Q3(901 5)的電壓和功率放大后將脈沖信號(hào)加載到變壓器兩端，由于變壓器的初級(jí)線圈會(huì)產(chǎn)生高電流，故采用場(chǎng)效應(yīng)管相連。

在變壓器的次級(jí)線圈部分，為了防止變壓器產(chǎn)生的高電壓對(duì)超聲波的接收電路產(chǎn)生破壞性

影響，采用首尾互接的二極管將超聲波接收電路的輸入端鉗制在1．4V左右，變壓器發(fā)出高電壓的時(shí)候，串聯(lián)二極管將電壓鉗制為i．4V，變壓器不工作而超聲波換能器接收到回波的時(shí)候，串聯(lián)二極管對(duì)于超聲波回波振動(dòng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)而言意味著斷路，接收電路從二極管兩端引出。

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 超聲波流量計(jì)