CN107395165B - 一种液位计回波时间采集用峰值检测电路 - Google Patents

一种液位计回波时间采集用峰值检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器主要由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路，所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，所述三极管T5的集电极为信号输出端。本发明的液位计回波时间采集用峰值检测电路采用检测回波脉冲峰值点的办法，避免幅度变化的影响，不管回波脉冲的幅度如何变化，其峰值时间是不会变的，提供了高精度的回波时间检测方法。

Description

一种液位计回波时间采集用峰值检测电路
技术领域
本发明涉及电子回波信号采集和检测领域，特别是一种液位计回波时间采集用峰值检测电路。
背景技术
电子回波信号采集和检测技术，广泛应用于军事、工业领域。在回波检测电路设计时，如何精确测量回波的到达时间，是电路设计的关键。如果，简单地采用脉冲电压门限的方法，则存在信号幅度变化时引起输出脉冲到达时间变化，如图1。在大多数情况下，回波脉冲幅度是有很大的变化的，所以需要设计相应的电路，解决这个问题。
发明内容
基于此，针对上述问题，有必要提出一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，该电路采用检测回波脉冲峰值点的办法，避免幅度变化的影响，不管回波脉冲的幅度如何变化，其峰值时间是不会变的，如图1，所以峰值检测电路，提供了高精度的回波时间检测方法。
本发明的技术方案是：一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器主要由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路；所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，电阻R1的一端和电阻R2的一端并联后与所述三极管T1的基极连接，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R2的另一端接地，所述三极管T2的基极与电阻R3的一端并联后与所述三极管T1的集电极连接，所述三极管T2的发射极与电阻R3的另一端并联后连接电源，所述三极管T3的发射极通过电容C2连接电源，所述三极管T3的集电极通过电阻R5接地，所述三极管T4的发射极通过电阻R6连接电源，所述三极管T4的基极连接所述三极管T3的发射极和基极，所述三极管T1的发射极、三极管T2的集电极和三极管T3的基极并联后通过电阻R4接地，所述三极管T4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端并联有电阻R8、电容C3和电容C4，所述电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地，所述三极管T5的基极和电阻R9的一端并联后与电容C4的另一端连接，所述三极管T5的集电极通过电阻R10与电阻R9的另一端并联后连接电源，所述三极管T5的发射极接地，所述三极管T5的集电极为信号输出端。
优选的，所述电源的电压为3.3V。
优选的，所述的三极管T1和三极管T5为BC847三极管。
优选的，所述的三极管T2、三极管T3和三极管T4为BC857三极管。
优选的，所述电容C1的电容为1μF，所述电容C2的电容为10nF，所述电容C3的电容为510pF，所述电容C4的电容为1nF。
优选的，所述电阻R1的阻值为33KΩ，所述电阻R2的阻值为27KΩ，所述电阻R3的阻值为15KΩ，所述电阻R4的阻值为6.2KΩ，所述电阻R5的阻值为33Ω，所述电阻R6的阻值为33KΩ，所述电阻R7的阻值为330Ω，所述电阻R8的阻值为8.2KΩ，所述电阻R9的阻值为47KΩ，所述电阻R10的阻值为33KΩ。
峰值时间检测器主要由三极管T3、T4构成，而以T1、T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，T5作为输出整形(输出脉冲宽度)的改型单稳态电路，见图2。以下各节，分别对其工作原理作详尽叙述。
由于A点(T3的基极)电位为：
Figure GDA0003524978380000021
而电容器C2对突然接通的电源电压可视为短路，因此这时B点(T3的发射级)的电位VB为3.3V，T3因正向偏置(VB-VA＝3.3V-0.5V＝2.8V)导通到饱和状态。电容C2通过：3.3V→T3→R5→0V这样一个回路充电。可以知道，当B点电位UB因C2充电上升到不足以使T3具有保持导通的基-射压降时，T3就会截止，而使C2的充电过程结束。如果认为保持T3导通的基射阀值电压为0.7V，由于UA＝0.5V。因此最终应有UB＝1.2V,也可以理解为，UB将由T3的基射结钳位在1.2V。
而在这整个过程中，T4因基射结一直是反向偏置的，而处于截止状态，输出端C点电位UC＝0V。
现在电路的状态，相当于图3中t0时间之前。
当电路输入来自前级信号时，UA将跟随输入信号上升，若在时间t1，UA大于0.5V。那么，T3将由于具有0.7V的正向基射偏压而导通，C2通过T4放电，而C2的放电电流为T4提供了基极电流。
随着C2的放电，UB不断上升，但由于T4基射结的钳位作用，UB不会按照指数规律变化，而一直保持着比UA负0.7V左右跟随者UA变化。
在T4导通到饱和状态时，输出电压UC应为：
Figure GDA0003524978380000031
其中0.3V为T4的饱和管压降。
因此，t1时刻T4导通到饱和时，UC有一个跃变的上升前沿。
在t2时刻，UA已达到极大值UAmax，因此UB也将达到极大值：UBmax＝UAmax-0.7V。t2时刻之后由于UA下降，不再使T4的基-射间具有0.7V的导通阀值电压，因而T4将截止，C2的放电回路被切断，UB将保持在非常接近UBmax的数值上不变。UC将因为T4截止而在t2，即UC峰值出现的时刻，有一个跃变的下降后沿，回到0V。
之后，电路的工作将是：UB从UBmax的数值逐渐下降，直到t3时，由于UA下降到数值等于UBmax-0.7V使T3导通，C2通过T3充电而开始下降。到t4时UA恢复到0.5V，保持不变。UB被钳位在0.5V，T3截止，电路恢复到t0之前的静态。
这样，电路便完成了一次对输入信号的峰值检测过程。
电容器C4，电阻R9和三极管T5，构成输出脉冲整形电路，这是一个改型的单稳态电路。当峰值检测器输出发生下跳变时，C4的左端立刻跟随着下跳至0V，此时R9开始向C4充电，T5的基极电位随着逐渐升高，直到T5导通。这一段时间就是输出脉冲的持续宽度。T5的输出是对应回波峰值的正跳变沿，便于后继电路使用。
本发明的有益效果是：该电路采用检测回波脉冲峰值点的办法，避免幅度变化的影响，不管回波脉冲的幅度如何变化，其峰值时间是不会变的，所以峰值检测电路，提供了高精度的回波时间检测方法。
附图说明
图1为门限电压方法和峰值时间方法的对比示意图；
图2为本发明的峰值检测电路原理图；
图3为图2中所述峰值检测电路检测过程中的波形图；
图4为原始回波信号波形图；
图5为图4中原始回波经过本发明的峰值检测电路后的输出信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例一
如图2所示，一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器主要由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路；所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，电阻R1的一端和电阻R2的一端并联后与所述三极管T1的基极连接，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R2的另一端接地，所述三极管T2的基极与电阻R3的一端并联后与所述三极管T1的集电极连接，所述三极管T2的发射极与电阻R3的另一端并联后连接电源，所述三极管T3的发射极通过电容C2连接电源，所述三极管T3的集电极通过电阻R5接地，所述三极管T4的发射极通过电阻R6连接电源，所述三极管T4的基极连接所述三极管T3的发射极和基极，所述三极管T1的发射极、三极管T2的集电极和三极管T3的基极并联后通过电阻R4接地，所述三极管T4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端并联有电阻R8、电容C3和电容C4，所述电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地，所述三极管T5的基极和电阻R9的一端并联后与电容C4的另一端连接，所述三极管T5的集电极通过电阻R10与电阻R9的另一端并联后连接电源，所述三极管T5的发射极接地，所述三极管T5的集电极为信号输出端。
实施例二
如图2所示，一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器主要由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路；所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，电阻R1的一端和电阻R2的一端并联后与所述三极管T1的基极连接，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R2的另一端接地，所述三极管T2的基极与电阻R3的一端并联后与所述三极管T1的集电极连接，所述三极管T2的发射极与电阻R3的另一端并联后连接电源，所述三极管T3的发射极通过电容C2连接电源，所述三极管T3的集电极通过电阻R5接地，所述三极管T4的发射极通过电阻R6连接电源，所述三极管T4的基极连接所述三极管T3的发射极和基极，所述三极管T1的发射极、三极管T2的集电极和三极管T3的基极并联后通过电阻R4接地，所述三极管T4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端并联有电阻R8、电容C3和电容C4，所述电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地，所述三极管T5的基极和电阻R9的一端并联后与电容C4的另一端连接，所述三极管T5的集电极通过电阻R10与电阻R9的另一端并联后连接电源，所述三极管T5的发射极接地，所述三极管T5的集电极为信号输出端。
在本实施例中，所述电源的电压为3.3V。
在本实施例中，所述的三极管T1和三极管T5为BC847三极管。
在本实施例中，所述的三极管T2、三极管T3和三极管T4为BC857三极管。
在本实施例中，所述电容C1的电容为1μF，所述电容C2的电容为10nF，所述电容C3的电容为510pF，所述电容C4的电容为1nF。
在本实施例中，所述电阻R1的阻值为33KΩ，所述电阻R2的阻值为27KΩ，所述电阻R3的阻值为15KΩ，所述电阻R4的阻值为6.2KΩ，所述电阻R5的阻值为33Ω，所述电阻R6的阻值为33KΩ，所述电阻R7的阻值为330Ω，所述电阻R8的阻值为8.2KΩ，所述电阻R9的阻值为47KΩ，所述电阻R10的阻值为33KΩ。
实施例三
如图2所示，一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器主要由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路；所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，电阻R1的一端和电阻R2的一端并联后与所述三极管T1的基极连接，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R2的另一端接地，所述三极管T2的基极与电阻R3的一端并联后与所述三极管T1的集电极连接，所述三极管T2的发射极与电阻R3的另一端并联后连接电源，所述三极管T3的发射极通过电容C2连接电源，所述三极管T3的集电极通过电阻R5接地，所述三极管T4的发射极通过电阻R6连接电源，所述三极管T4的基极连接所述三极管T3的发射极和基极，所述三极管T1的发射极、三极管T2的集电极和三极管T3的基极并联后通过电阻R4接地，所述三极管T4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端并联有电阻R8、电容C3和电容C4，所述电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地，所述三极管T5的基极和电阻R9的一端并联后与电容C4的另一端连接，所述三极管T5的集电极通过电阻R10与电阻R9的另一端并联后连接电源，所述三极管T5的发射极接地，所述三极管T5的集电极为信号输出端。
在本实施例中，所述电源的电压为3.3V。
在本实施例中，所述的三极管T1和三极管T5为BC847三极管。
在本实施例中，所述的三极管T2、三极管T3和三极管T4为BC857三极管。
在本实施例中，所述电容C1的电容为1μF，所述电容C2的电容为10nF，所述电容C3的电容为510pF，所述电容C4的电容为1nF。
在本实施例中，所述电阻R1的阻值为33KΩ，所述电阻R2的阻值为27KΩ，所述电阻R3的阻值为15KΩ，所述电阻R4的阻值为6.2KΩ，所述电阻R5的阻值为33Ω，所述电阻R6的阻值为33KΩ，所述电阻R7的阻值为330Ω，所述电阻R8的阻值为8.2KΩ，所述电阻R9的阻值为47KΩ，所述电阻R10的阻值为33KΩ。
如图4为采用本实施例的液位计回波时间采集用峰值检测电路的一次实验的回波信号波形图，如图5为该回波经过本实施例的液位计回波时间采集用峰值检测电路后的输出信号波形图，从图5中可看出本实施例的液位计回波时间采集用峰值检测电路处理后，输出信号已经消除由信号幅度变化引起的输出脉冲到达时间变化。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，包括NPN型三极管T1、PNP型三极管T2、PNP型三极管T3、PNP型三极管T4和NPN型三极管T5；峰值时间检测器由三极管T3和三极管T4构成，而以三极管T1和三极管T2接成的互补射极输出器作为阻抗匹配级，三极管T5作为输出整形的改型单稳态电路；所述三极管T1的基极连接电容C1的一端，所述电容C1的另一端为信号输入端，电阻R1的一端和电阻R2的一端并联后与所述三极管T1的基极连接，所述电阻R1的另一端接电源，所述电阻R2的另一端接地，所述三极管T2的基极与电阻R3的一端并联后与所述三极管T1的集电极连接，所述三极管T2的发射极与电阻R3的另一端并联后连接电源，所述三极管T3的发射极通过电容C2连接电源，所述三极管T3的集电极通过电阻R5接地，所述三极管T4的发射极通过电阻R6连接电源，所述三极管T4的基极连接所述三极管T3的发射极和基极，所述三极管T1的发射极、三极管T2的集电极和三极管T3的基极并联后通过电阻R4接地，所述三极管T4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端并联有电阻R8、电容C3和电容C4，所述电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地，所述三极管T5的基极和电阻R9的一端并联后与电容C4的另一端连接，所述三极管T5的集电极通过电阻R10与电阻R9的另一端并联后连接电源，所述三极管T5的发射极接地，所述三极管T5的集电极为信号输出端。
2.根据权利要求1所述的液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，所述电源的电压为3.3V。
3.根据权利要求1所述的液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，所述的三极管T1和三极管T5为BC847三极管。
4.根据权利要求1所述的液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，所述的三极管T2、三极管T3和三极管T4为BC857三极管。
5.根据权利要求1所述的液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，所述电容C1的电容为1μF，所述电容C2的电容为10nF，所述电容C3的电容为510pF，所述电容C4的电容为1nF。
6.根据权利要求1所述的液位计回波时间采集用峰值检测电路，其特征在于，所述电阻R1的阻值为33KΩ，所述电阻R2的阻值为27KΩ，所述电阻R3的阻值为15KΩ，所述电阻R4的阻值为6.2KΩ，所述电阻R5的阻值为33Ω，所述电阻R6的阻值为33KΩ，所述电阻R7的阻值为330Ω，所述电阻R8的阻值为8.2KΩ，所述电阻R9的阻值为47KΩ，所述电阻R10的阻值为33KΩ。
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