超聲波液位計液態介質測量高精度的探討 二十二

驅動超聲波發射探頭工作的方式很多，只要在探頭上施加一串其頻率與探頭中心頻率～致且能量足夠大的脈沖即可。脈沖發射可以由單片機或振動器來實現。而要獲得足夠大的能量，則可用三極管、場效應管、變壓器等實現。本設計中采用的是由單片機發出的方波，并由三極管和變壓器對其升壓放大，驅動超聲波發射探頭發射出能量足夠大的超聲波。

所用的超聲波探頭為T／R40-16型，它在頻率40KHz，幅值100V的電壓驅動下，能夠進行遠距離發射。由于單片機管腳P3．4輸出的方波電壓只有5V，其驅動能力無法達到驅動超聲波換能器的要求，系統選用三極管對單片機發出的方波信號進行放大，并用變壓器升壓，使得加在超聲波發射探頭上的電壓達到驅動其工作的能力，并且發射出的超聲波能量足夠大，可傳播較遠的距離，達到測量的目的。

其工作原理為：由AT89S52單片機產生40kHz的TTL脈沖信號通過P1．0輸出，再經過三極管Q1和變壓器TRI進行功率放大，在變壓器副線圈上將電壓10倍放大，這時換能器上加載的正弦電壓幅值約為100V。在變壓器TRI原邊線圈上，串聯了限流電阻R2；變壓器TRI副線圈上，R3是與超聲波換能器進行阻抗匹配的電阻，在副線圈導通時，由于加在換能器上的電壓很大(100V)，接地的兩個反向并聯的二極管對后面接收電路的前置放大電路輸入端進行鉗位，使其電壓最大不超過0．7V，以免前置放大電路的輸入端電壓因為過高而發生阻塞。

超聲波在空氣中傳播，遇到目標物體反射的回波信號加載到超聲波換能器上，因壓電效應產生微弱電壓信號，輸出的這種回波信號是mV級的電壓信號。由于二極管的導通電壓為0．7V，回波信號不能經過兩個反向并聯的IN4148和變壓器副邊線圈構成回路，只能經過電阻R4、電容C3送入前置放大電路的輸入端。

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