CN107389117B - 一种高频低压超声波传感器的测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高频低压超声波传感器的测试装置及方法，包括反射板、信号发生器、传感器连接电路、干扰信号抑制电路、传感器信号放大电路、放大器铝制屏蔽盒和示波器。信号发生器通过传感器连接电路向高频低压超声波传感器发出起振信号，传感器发出超声波信号，同时接收经反射板反射的回波信号；并通过传感器连接电路，将信号输出到干扰信号抑制电路，再输出到传感器信号放大电路放大信号；最终，将放大后的信号输出到示波器上，便于测试人员收集、观察测试结果；本发明最大程度上保持信号的频率、相位和波形特征不失真，便于测试人员对测试结果进行收集、观察；同时，具有较强的抗干扰能力，能够在较复杂的电磁环境中正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及传感器测试领域，特别涉及一种高频低压超声波传感器的测试装置及方法。
背景技术
随着市场对具有良好精度、方向性的高频低压超声波传感器的需求越来越大，其设计、生产任务也会越来越繁重。同时由于高频低压超声波传感器的信号极其微弱，而其生产环境又特别复杂，为了保证高频低压超声波传感器生产活动的顺利进行，需要设计一款抗干扰能力强的、保真效果好的、放大倍数大的测试用放大器对生产产品进行检测。
目前，在超声波传感器测试中，多采用超声波信号发射与信号接收分别进行的方式，被测传感器采用持续发波的模式；而且被测传感器也多为探测距离较远但探测精度较低的传感器，这种传感器工作频率并不是很高。例如申请号为201310589677.9的专利，公开了一种超声波传感器指标检测方法及装置，采用了超声波信号发射与信号接收分别进行的方式，被测传感器处于持续发波模式，这种测试方法无法模拟传感器发射、接收交替进行这种实际工作情况，而且测试方法也较为繁琐；并且该专利针对地就是探测距离为30~40厘米的超声波传感器，无法精确测试探测精度较高的高频低压超声波传感器，其对干扰信号的抑制能力也不是很强。
发明内容
本发明目的是：提供一种高频低压超声波传感器的测试装置及方法，解决在高频低压超声波传感器的测试中，微弱信号的放大等问题，同时保持信号不失真，并对噪声干扰具有一定的抵抗能力。
本发明的技术方案是：
一种高频低压超声波传感器的测试装置，包括依次连接的信号发生器、传感器连接电路、干扰信号抑制电路、传感器信号放大电路和示波器；所述传感器连接电路连接待测试的高频低压超声波传感器，高频低压超声波传感器的一定距离内放置反射板。
优选的，所述传感器连接电路单独制成印刷电路板，包括两个BNC接头、一组反并联二极管和一个高频低压超声波传感器用连接器，反并联二极管一端通过高频低压超声波传感器用连接器连接高频低压超声波传感器，另一端分别通过一个BNC接头连接信号发生器和干扰信号抑制电路。
优选的，所述干扰信号抑制电路和传感器信号放大电路制作于同一印刷电路板，并安装在放大器铝制屏蔽盒中，印刷电路板上还包括两个BNC接头、一个电源端口、两个电源指示灯，两个BNC接头分别作为干扰信号抑制电路输入接口和传感器信号放大电路的输出接口，电源端口连接电源，分别为干扰信号抑制电路和传感器信号放大电路供电，两个电源指示灯分别连接在干扰信号抑制电路和传感器信号放大电路的供电线路中。
优选的，所述信号发生器、传感器连接电路、干扰信号抑制电路、传感器信号放大电路和示波器之间均通过带BNC接头的、具有屏蔽层的同轴电缆连接。
优选的，所述反射板为具有光滑平面的塑料板。
优选的，所述反射板放置在距高频低压超声波传感器5-10厘米处，反射板放置方向与高频低压超声波传感器发射方向垂直。
一种高频低压超声波传感器的测试方法，包括步骤：
S1，将所述信号发生器、传感器连接电路印刷电路板、干扰信号抑制电路与传感器信号放大电路印刷电路板、示波器之间均通过带有BNC接头的同轴电缆连接，并将传感器安装在传感器连接电路的传感器连接器上；
S2，信号发生器发出300kHz、±5V、5个周期一组的正弦起振信号，每组信号之间间隔至少3.33ms，通过传感器连接电路驱动高频低压超声波传感器发出超声波，经具有光滑平面的反射板反射的回波信号被高频低压超声波传感器接收，并通过传感器连接电路传输至干扰信号抑制电路；
S3，扰信号抑制电路对输入的起振信号和回波信号中的噪声干扰信号进行抑制，并保持信号频率、相位、波形特征不失真，再将信号输出到传感器信号放大电路；
S4，传感器信号放大电路对传感器回波信号进行60dB放大，保证传感器一次回波幅值不小于±3.5V，二次回波幅值不小于±2V，并保持信号频率、相位、波形特征不失真；
S5，输出放大信号至示波器，由测试者收集、观察测试结果。
本发明的优点是：
本发明所提供的高频低压超声波传感器的测试装置及方法，在测试中可对高频低压超声波传感器发出的微弱信号进行放大，便于测试结果的收集、观察，保证特定信号幅值达到可用范围，最大程度上保持信号的频率、相位和波形特征不失真；同时，具有较强的抗干扰能力，保证电路系统能够在较复杂的电磁环境中正常工作。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明所述的高频低压超声波传感器的测试装置的结构框图；
图2是本发明所述的高频低压超声波传感器的测试装置的的工作原理示意图；
图3是本发明所述起振信号示意图；
图4是实施例中所述示波器显示波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种高频低压超声波传感器的测试方法及装置，包括：反射板1、信号发生器3、传感器连接电路4、干扰信号抑制电路5、传感器信号放大电路6、放大器铝制屏蔽盒7、示波器8。
所述传感器连接电路4单独制成印刷电路板，并留有传感器连接器、用于信号传输的BNC接头；所述干扰信号抑制电路5、传感器信号放大电路6联合制成印制电路板，留有用于信号传输的BNC接头，所制电路板装入放大器铝制屏蔽盒7内，起到屏蔽干扰的作用。
其测试方法为：首先，将信号发生器3、传感器连接电路4、干扰信号抑制电路5与传感器信号放大电路6、示波器8之间均通过带有BNC接头的同轴电缆连接，并将各设备平放在实验台上。
测试时，将超声波传感器连接电路平放在实验台上，再将超声波传感器如图2所示，安装在超声波传感器连接电路的连接器上，此时传感器放射方向与试验台平行，并与试验台有1厘米的垂直距离，同时将反射板1放置在距传感器5厘米处，反射板1放置方向与传感器发射方向垂直。
设置所述信号发生器3参数，使其发出如图3所示的300kHz、±5V的正弦信号，作为高频低压超声波传感器的起振信号，该信号每5个周期一组，每组相隔至少3.33ms，这样可以保证回波信号不会湮没在起振信号中。
起振信号发送至传感器连接电路4，对安装的高频低压超声波传感器2进行驱动，使其发射超声波信号，该信号经反射板1反射传回至高频低压超声波传感器2，并被其接收形成一次回波信号，而反射回波又被传感器表面反射，形成二次回波信号。
然后，起振信号与回波信号一起通过传感器连接电路4传输至干扰信号抑制电路5，该电路对信号中的噪声干扰成分进行抑制，并将处理后信号传送至传感器信号放大电路6。放大前的回波信号极其微弱，大概只有几十毫伏，经60dB1000倍放大后，一次回波信号、二次回波信号大概分别为±3.5V、±2V。
最后，将信号传输至示波器8，方便测试人员收集、观察，示波器所显示波形如图4所示。
本发明提供一种高频低压超声波传感器的测试方法及装置，解决了测试中高频低压超声波传感器微弱信号放大等问题，便于测试人员收集、观察，同时保持信号不失真，并对噪声干扰具有一定的抵抗能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种高频低压超声波传感器的测试装置，其特征在于：包括依次连接的信号发生器（3）、传感器连接电路（4）、干扰信号抑制电路（5）、传感器信号放大电路（6）和示波器（8）；所述传感器连接电路（4）连接待测试的高频低压超声波传感器（2），高频低压超声波传感器（2）的一定距离内放置反射板（1）；
所述传感器连接电路（4）单独制成印刷电路板，包括两个BNC接头、一组反并联二极管和一个高频低压超声波传感器用连接器，反并联二极管一端通过高频低压超声波传感器用连接器连接高频低压超声波传感器（2），另一端分别通过一个BNC接头连接信号发生器（3）和干扰信号抑制电路（5）；
所述干扰信号抑制电路（5）和传感器信号放大电路（6）制作于同一印刷电路板，并安装在放大器铝制屏蔽盒（7）中，印刷电路板上还包括两个BNC接头、一个电源端口、两个电源指示灯，两个BNC接头分别作为干扰信号抑制电路（5）输入接口和传感器信号放大电路（6）的输出接口，电源端口连接电源，分别为干扰信号抑制电路（5）和传感器信号放大电路（6）供电，两个电源指示灯分别连接在干扰信号抑制电路（5）和传感器信号放大电路（6）的供电线路中；
高频低压超声波传感器的测试装置的测试方法，包括步骤：
S1，将所述信号发生器（3）、传感器连接电路（4）的印刷电路板、干扰信号抑制电路（5）与传感器信号放大电路（6）的印刷电路板、示波器（8）之间均通过带有BNC接头的同轴电缆连接，并将高频低压超声波传感器（2）安装在传感器连接电路（4）的传感器连接器上；
S2，信号发生器（3）发出300kHz、±5V、5个周期一组的正弦起振信号，每组信号之间间隔至少3.33ms，通过传感器连接电路（4）驱动高频低压超声波传感器（2）发出超声波，经具有光滑平面的反射板（1）反射的回波信号被高频低压超声波传感器（2）接收，并通过传感器连接电路（4）传输至干扰信号抑制电路（5）；
S3，干扰信号抑制电路（5）对输入的起振信号和回波信号中的噪声干扰信号进行抑制，并保持信号频率、相位、波形特征不失真，再将信号输出到传感器信号放大电路（6）；
S4，传感器信号放大电路（6）对传感器回波信号进行60dB放大，保证传感器一次回波幅值不小于±3.5V，二次回波幅值不小于±2V，并保持信号频率、相位、波形特征不失真；
S5，输出放大信号至示波器（8），由测试者收集、观察测试结果。
2.根据权利要求1所述的高频低压超声波传感器的测试装置，其特征在于：所述信号发生器（3）、传感器连接电路（4）、干扰信号抑制电路（5）、传感器信号放大电路（6）和示波器（8）之间均通过带BNC接头的、具有屏蔽层的同轴电缆连接。
3.根据权利要求1所述的高频低压超声波传感器的测试装置，其特征在于：所述反射板（1）为具有光滑平面的塑料板。
4.根据权利要求1所述的高频低压超声波传感器的测试装置，其特征在于：所述反射板（1）放置在距高频低压超声波传感器5-10厘米处，反射板（1）放置方向与高频低压超声波传感器发射方向垂直。
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