CN101915719A - 双通道高低频超声波衰减信号检测装置 - Google Patents

双通道高低频超声波衰减信号检测装置 Download PDF

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崔祜林
李明东
杨健
白纯
熊向前
李少华
白羽
王永全
黄永刚
赵岩
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Abstract

本发明是一种双通道的超声波衰减信号检测装置，该装置两路接收用超声波换能器接收到的超声衰减信号通过逻辑控制电路，级联放大电路，交流调制电路转换成A/D转换器可进行采集的直流电信号；该装置具有超声衰减信号检测精度不低于0.1dB，超声衰减信号检测具有94dB动态范围的能力，从而提高对超声波在线粒度仪的矿浆浓度、粒度的检测精度。

Description

双通道高低频超声波衰减信号检测装置
技术领域
本发明涉及一种超声波检测仪表，具体涉及一种用于在线粒度检测的双通道超声波衰减信号的检测装置。
背景技术
超声波在线粒度仪研制过程中发现：超声波在矿浆中传播时，频率不同的超声波对矿浆的浓度和粒度变化之间有着不同的相关关系；其中总会找到一个相对较低频率的超声波信号只对矿浆浓度变化较为敏感而对矿浆粒度变化相对不敏感；同时也会找到一个相对较高频率的超声波信号只对矿浆粒度变化较为敏感而对矿浆浓度变化相对不敏感的超声波信号；因而实现超声波衰减原理的在线粒度检测必须同时采用两组频率高低不同的超声波信号，所以实现在线矿浆粒度和浓度检测必须选用两对工作频率相差很大的超声波换能器，并采用适合测量的装置进行高频、低频的超声波衰减信号的检测。超声波衰减信号测量装置必须具有较高的动态信号测量范围(60dB)，同时还需具有较宽的频率响应范围(0.5MHz～10MHz)，必须具有较为准确的超声衰减测量精度(0.1dB)。国外同类产品采用步进衰减器等方式进行插值查询获得超声衰减信号，精度较差(1～2dB)，测量装置体积较大，信号动态范围相对较小(50dB)，难以适应国内应用现场工艺现状。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种同时实现两路高低频率相差较大的超声波衰减信号的实时检测、信号动态范围大及精度高的双通道超声波衰减信号检测装置。
解决上述问题的具体技术措施是：双通道高低频超声波衰减信号检测装置，包括两对超声波换能器，其特征是：分别设置一个低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)，对应低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)设有0.5～2.25MHz低频超声波接收换能器(3)与2.25～10MHz高频超声波接收换能器(4)，0.5～2.25MHz低频超声波接收换能器(3)与2.25～10MHz高频超声波接收换能器(4)信号输出至逻辑控制电路(5)，逻辑控制电路(5)分别连接低频级联放大电路(6)与高频级联放大电路(7)，低频级联放大电路(6)与高频级联放大电路(7)连接交流调制电路(8)，交流调制电路(8)连接CPU单元，CPU单元分别连接控制信号输出端的逻辑控制电路(5)与发射电路(9)，发射电路(9)连接低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)。
接收来的由超声波衰减信号转换成的模拟电信号，送到接收电路，再由高隔离多路信号传输控制器进行选通，来作为控制信号的开关，高低频的信号并不是同时通过此控制器，而是有一个很短的间隔时间，模拟信号通过高隔离多路信号传输到控制器后，进入高频三极管，进行初步放大后，再送到对数放大器，进行对数转换的一系列交流调制，此时的模拟电信号已经被转变成为数字信号，又进行了相应的放大作为输出，送到CPU内部，在其内部进行相应的A/D变换和采集，采集到的数据经过处理，从而获得实时的矿浆浓度和粒度信息。
本发明的有益效果是：在于能实时地、直接地完成高低频率差异较大的超声波衰减信号的高精度检测，且信号动态检测范围较大；另外，具有自动控制15dB或30dB衰减电路，超声衰减信号检测精度不低于0.1dB，超声衰减信号检测具有94dB动态范围。
附图说明
图1是双通道超声波衰减信号检测装置的系统框图；
图2是双通道超声波衰减信号检测装置的电路原理图。
具体实施方式
结合附图具体说明本发明的结构及检测方法。
一种双通道超声波衰减信号检测装置，如图1所示，原理为：CPU单元控制发射电路9，发射电路9为已有技术，即一种高频超声信号发生器，由发射换能器发射脉冲，再由接收换能器接收，衰减信号送到接收电路，进行相关的数据处理，数据处理之后，送到CPU单元进行判断，判断数据是否符合使用要求，若不符合使用要求，CPU单元会再次控制发射电路，重复同一动作。具体的工作过程为：CPU单元分时控制发射电路9产生驱动超声波传感器的驱动信号，该驱动信号为一个连续的脉冲序列，此脉冲序列有相应的频率值，经调制成为较短的脉冲串，再经放大去驱动发射端的传感器，此发射脉冲传输至低频发射超声波换能器1与高频发射超声波换能器2，超声波信号透过待测矿浆后的衰减信号由接收端的0.5～2.25MHz低频超声波接收换能器3与2.25～10MHz高频超声波接收换能器4进行接收，高频超声波接收换能器4接收到高频超声波衰减信号由逻辑电路5控制分时送入级联放大电路6和7进行信号处理，然后进入以对数放大器为核心的交流调制电路8进行调制，转换成可以进行A/D采样的高频直流信号，AD采样电路在CPU单元控制下进行数字采样。通常工作状态下，CPU单元控制先对高频通道接收到的超声波衰减信号进行测量，对测得的数据进行分析，如果测得的数据超出上限，则逻辑单元5控制交流信号调制电路8衰减15dB，同时控制高频发射超声波换能器再次发射，然后对接收到的高频超声波衰减信号进行测量，如果测得的数据仍然超出上限，则逻辑单元5控制交流信号调制电路8衰减30dB并再次重复发射和接收过程进行超声波衰减信号测量；高频通道测量完毕，间隔定制时间对低频通道的超声波衰减信号进行测量，低频通道超声波衰减信号测量过程与高频通道超声波衰减信号测量过程一致。CPU单元分时获得这两个通道的超声波衰减值后，经过处理获得实时的矿浆浓度和粒度。
为降低外界干扰，在装置上设有信号屏蔽装置，用于封闭逻辑控制电路5，级联放大电路6、7，交流信号调制电路8，信号屏蔽装置是用铜壳制成的屏蔽壳，其上有两组开孔，其中一组用于安装BNC插座，另一组用于校准对数放大器，铜壳与屏蔽电路板焊接成封闭的空间，铜壳外部进行喷漆防锈处理。
参考图2所示电路工作过程与上述是一致的，其展示了本文所涉及的衰减信号的检测。其接脚关系为：发射换能器1、2和接收换能器3、4安装在一个测量装置中，发射换能器1、2过信号线和发射电路连接，而发射电路和CPU单元连接，接收换能器3、4和接收电路的BNCHP、BNCLP连接，BNCHP、BNCLP连接到MAX4545，MAX4545连接到三极管9014，三极管9014连接到AD8307，AD8307再连接到AD8031上，AD8031再与CPU单元连接，而CPU单元与此同时还与发射电路和MAX4545连接。工作原理为：CPU单元控制发射电路发射脉冲，再由接收换能器3、4接收，接收换能器3、4将接收到的超声波衰减信号送到电路中的BNCHP(高频)和BNCLP(低频)后，由以MAX4545为核心选通器件的逻辑单元5分时将高频超声波衰减信号送入以低频、低噪声前置放大的三极管为核心的级联放大电路6、7，放大后的模拟信号进入以对数放大器为核心的交流信号调制电路8，获得高频直流信号包络，该信号由CPU单元控制A/D转换器进行采集。通常工作状态下，CPU单元控制先对高频通道接收到的超声波衰减信号进行测量，对测得的数据进行分析，如果测得的数据超出上限，则逻辑单元5控制交流信号调制电路8衰减15dB，同时控制高频发射超声波换能器再次发射，然后对接收到的高频超声波衰减信号进行测量，如果测得的数据仍然超出上限，则逻辑单元5控制交流信号调制电路8衰减30dB并再次重复发射和接收过程进行超声波衰减信号测量；高频通道测量完毕，间隔定制时间对低频通道的超声波衰减信号进行测量，低频通道超声波衰减信号测量过程与高频通道超声波衰减信号测量过程一致。CPU单元分时获得这两个通道的超声波衰减值后，数据经过处理获得实时的矿浆浓度和粒度。

Claims (1)

1.一种双通道高低频超声波衰减信号检测装置，包括两对超声波换能器，其特征是：分别设置一个低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)，对应低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)设有0.5～2.25MHz的低频超声波接收换能器(3)与2.25～10MHz的高频超声波接收换能器(4)，0.5～2.25MHz低频超声波接收换能器(3)与2.25～10MHz高频超声波接收换能器(4)信号输出至逻辑控制电路(5)，逻辑控制电路(5)分别连接低频级联放大电路(6)与高频级联放大电路(7)，低频级联放大电路(6)与高频级联放大电路(7)连接交流调制电路(8)，交流调制电路(8)连接CPU单元，CPU单元分别连接控制信号输出端的逻辑控制电路(5)与发射电路(9)发射电路(9)连接低频发射超声波换能器(1)与高频发射超声波换能器(2)。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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