用于金属密闭空间定位的超声波电路分析与设计

发布时间：2021-06-21 07:39

　　针对金属密闭空间内移动物体测距定位需求,提出一种分体式的超声波发射与接收方法。对发射部分工作原理和硬件电路进行分析,完成基于大功率场效应管和中高频变压器相组合的超声波发射电路设计,并进行发射电路与换能器之间阻抗匹配设计。针对超声波接收电路,围绕放大、滤波、比较等核心功能进行设计。基于原理设计完成电路硬件实现,对电路功能进行实际测试,超声波发射模块在容量700 m Ah、工作电压为3. 7 V电池供电条件下产生频率为40 k Hz的超声波驱动电压峰—峰值达到300 V,超声波接收模块在充满水的金属管道内实现20 m距离捕捉到超声波信号电压峰峰值达到12 V,与预期设计目标一致,验证了电路的正确性和实用性。 

【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(05)CSCD

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

压电换能器阻抗匹配电路

超声波接收电路的整体设计如图3所示，超声波换能器检测超声波信号，并转换为电信号，再经放大、滤波、比较后供MCU处理分析。图4为超声波接收前置放大电路原理图，Signal+和Signal-为超声波换能器输出的信号正负极，由放大器芯片AD8421进行5.5倍的前置放大。放大后的信号经过带通滤波器进行滤波，带通滤波器采用MAX268系列程控带通滤波器，其中，心频率为40 k Hz，带宽4.82 k Hz，通频带纹波0.1 d B，而且MAX268系列滤波芯片具有放大功能，可对滤波后信号进行二次放大。LM393信号比较器对滤波和二次放大后信号进行阈值比较和波形规整，最后信号通过外部中断方式被MCU获取进行处理。图4 超声波接收前置放大电路原理

超声波接收前置放大电路原理

【参考文献】：
期刊论文
[1]空气耦合超声无损检测系统电路设计[J]. 张宸宸,李松松,夏闻泽,李昆,杜剑峰,苏欣.  传感器与微系统. 2019(01)
[2]功率超声压电换能器阻抗匹配电路参数化设计[J]. 韩丽轩,于保华,胡小平.  压电与声光. 2015(04)
[3]基于STM32的收发一体式超声波测距系统[J]. 夏继强,郑昆,郑健峰,沈忱.  仪表技术与传感器. 2014(08)
[4]面向再制造的超声波清洗技术研究[J]. 胡柏林,宋守许,王玉琳.  机械科学与技术. 2014(01)
[5]多通道超声波探伤在役钢轨检测中的应用[J]. 吴桂清,厉振武,陈彦芳.  传感器与微系统. 2013(10)
[6]脉冲超声传感器激发/接收电路设计[J]. 冯红亮,肖定国,徐春广,周世圆.  仪表技术与传感器. 2003(11)

硕士论文
[1]基于MSP430的一体式超声波物位计的设计与实现[D]. 薛凡.华东理工大学 2014



本文编号：3240277