非接触式超声波流量计收发电路的设计与性能分析

发布时间：2021-08-10 18:27

　　增大信噪比是提高非接触式超声波流量计测量精度的有效措施。但通过提高发射电压来增大信噪比,会损坏超声波传感器与接收电路,也会加剧收发电路的相互干扰。设计了一种针对复合管道流量测量用的超声波收发电路:在发射电路中以中轴变压器替代阻尼电阻,在接收电路中采用限幅桥电路来保护接收电路,并基于匹配电阻法来平衡收发电路。实验结果表明,设计的发射电路能够提高发射电压、减小放电时间,空载时对输出电压可放大13.85倍,带载时对输出电压可放大4.5倍,同时,接收电路能够有效抑制收发电路的相互干扰,并提高接收支路功率,接收电路对5 V以下信号的传输效率超过了90%。把该电路应该到非接触式超声波流量计中,对难于穿透的复合管道中的流体进行多次重复测量,测试结果表明,该流量计的线性度和重复性都满足实际流量测量要求。 

【文章来源】：电子测量与仪器学报. 2020,34(09)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

超声波流量计的收发电路基本结构

本文设计的超声波发射电路是基于场效应管导通或截止特性、二极管单向导电性和电容充放电特性,通过控制脉冲信号的高低电平控制场效应管截止(或导通)构成电容充(或放)电网络,从而实现脉冲信号放大升压的作用[17-18]。脉冲发射电路如图2所示。图2的脉冲发射电路是利用电容充放电特性,产生瞬间高压脉冲作用于超声波传感器,使压电陶瓷形成“逆压电效应”释放超声波信号。当图2的场效应管Q处于截止状态时,由R1、C1、D2和R3组成的网络对电容C1进行充电;当场效应管Q处于导通状态时,由C1、Q、T和D1组成的网络对电容C1放电,输出瞬间负脉冲,同时经中轴变压器T变比进一步升压,中轴变压器改变负脉冲极性使其次级输出正脉冲。

分析发射电路时,需要对电路做等效处理,功率开关可等效为一个理想开关K和电阻R4的串联。根据二极管的原理,图2中充电回路中的二极管D1、放电回路中的二极管D2相当于图3的电阻R5、R6[19],中轴变压器的原边可等效为RL。脉冲发射等效电路如图3所示。充电过程: 根据基尔霍夫电压定律和充电回路电压方程,可得出电容C充电电压UC与时间t的关系式如式(1)所示。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3334560