CN115435853A - 一种水下声层析超声波时差测流放大电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下声层析超声波时差测流放大电路，包括电源模块、主处理器、滤波放大模块和采集保护模块，电源模块用于给主处理器、滤波放大模块和采集保护模块供电，采集保护模块的输出端与滤波放大模块的输入端电连接，采集保护模块用于将水下超声波信号转换成电信号，滤波放大模块的输出端与主处理器电连接，且主处理器与滤波放大模块的输入端电连接。采集保护模块将水下超声波信号转换成电信号，再通过滤波放大模块对信号进行滤波，从而滤除环境低噪，对信号进行放大，提高放大增益，而增益后放大的回波携带多途超声波回波信号，通过对多个的多途超声波回波信号进行对比时延，进而通过时延得出流速，避免了干扰。
Description
技术领域
本发明涉及水下声层析超声波放大技术领域，特别是一种水下声层析超声波时差测流放大电路。
背景技术
由于超声波在水下传播存在衍射、折射和多途现象，导致接收设备接收到的超声波信号会存在叠加干扰并且会多途信号及其微弱，在宽断面这一现象更为严重，水下声层析测流速的原理是建立在主从机互易收发超声波信号，计算出同一个互易声通道的时延，进而计算出流速。
传统的电路采用简单的比例放大器，放大比例过大会自激振荡，并且很容易受供电电源的干扰，很难检测出多途的微弱回波信号。经过发明人长期研究，发明了一种水下声层析超声波时差测流放大电路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种水下声层析超声波时差测流放大电路。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种水下声层析超声波时差测流放大电路，包括电源模块、主处理器、滤波放大模块和采集保护模块，电源模块用于给主处理器、滤波放大模块和采集保护模块供电，采集保护模块的输出端与滤波放大模块的输入端电连接，采集保护模块用于将水下超声波信号转换成电信号，滤波放大模块的输出端与主处理器电连接，且主处理器与滤波放大模块的输入端电连接。
优选的，采集保护模块包括超声波传感器、回波钳位电路和Lc选频网络，超声波传感器与回波钳位电路的输入端电连接，超声波传感器用于将水下超声波信号转换成电信号，回波钳位电路的输出端与Lc选频网络的输入端电连接，Lc选频网络的输出端与滤波放大模块的输入端电连接。
优选的，滤波放大模块包括开关电容滤波器、反向比例放大器、对数检波放大器和程控放大器，Lc选频网络的输出端与开关电容滤波器的输入端电连接，开关电容滤波器的输出端与反向比例放大器的输入端电连接，反向比例放大器的输出端与对数检波放大器的输入端电连接，对数检波放大器的输出端与程控放大器的输入端电连接，程控放大器与主处理器电连接，主处理器与开关电容滤波器的输入端电连接。
优选的，还包括模数转换电路，程控放大器的输出端与模数转换电路的输入端电连接，模数转换电路的输出端与主处理器电连接，主处理器与程控放大器的输入端电连接。
优选的，电源模块包括DC-DC降压电路和线性稳压电路，DC-DC降压电路与线性稳压电路电连接，DC-DC降压电路用于降低输入电源的电压，电能经过线性稳压电路后进行供电。
优选的，输入电源为直流电。
优选的，输入电源的电压为12V。
本发明具有以下优点：本发明通过采集保护模块将水下超声波信号转换成电信号，再通过滤波放大模块对信号进行滤波，从而滤除环境低噪，对信号进行放大，提高放大增益，而增益后放大的回波携带多途超声波回波信号，通过对多个的多途超声波回波信号进行对比时延，进而通过时延得出流速，避免了干扰。
附图说明
图1为放大电路电气原理的结构示意图；
图中，1-DC-DC降压电路，2-线性稳压电路，3-主处理器，4-超声波传感器，5-回波钳位电路，6-Lc选频网络，7-开关电容滤波器，8-反向比例放大器，9-对数检波放大器，10-程控放大器，11-模数转换电路，12-电源模块，13-滤波放大模块，14-采集保护模块。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本实施例中，如图1所示，一种水下声层析超声波时差测流放大电路，包括电源模块12、主处理器3、滤波放大模块13和采集保护模块14，电源模块12用于给主处理器3、滤波放大模块13和采集保护模块14供电，采集保护模块14的输出端与滤波放大模块13的输入端电连接，采集保护模块14用于将水下超声波信号转换成电信号，滤波放大模块13的输出端与主处理器3电连接，且主处理器3与滤波放大模块13的输入端电连接。通过采集保护模块14将水下超声波信号转换成电信号，再通过滤波放大模块13对信号进行滤波，从而滤除环境低噪，对信号进行放大，提高放大增益，而增益后放大的回波携带多途超声波回波信号，通过对多个的多途超声波回波信号进行对比时延，进而通过时延得出流速，避免了干扰。
进一步的，采集保护模块14包括超声波传感器4、回波钳位电路5和Lc选频网络6，超声波传感器4与回波钳位电路5的输入端电连接，超声波传感器4用于将水下超声波信号转换成电信号，回波钳位电路5的输出端与Lc选频网络6的输入端电连接，Lc选频网络6的输出端与滤波放大模块13的输入端电连接。具体地说，回波钳位电路5的主要作用是将回波信号钳位在±0.7V，从而保护后级放大电路；Lc选频网络6通过采用三极管共射极电流放大拓扑，放大中心频率60K带宽80K的信号，其增益20dB。在本实施例中，回波钳位电路5与Lc选频网络6为现有技术，可通过市购获得。
再进一步的，滤波放大模块13包括开关电容滤波器7、反向比例放大器8、对数检波放大器9和程控放大器10，Lc选频网络6的输出端与开关电容滤波器7的输入端电连接，开关电容滤波器7的输出端与反向比例放大器8的输入端电连接，反向比例放大器8的输出端与对数检波放大器9的输入端电连接，对数检波放大器9的输出端与程控放大器10的输入端电连接，程控放大器10与主处理器3电连接，主处理器3与开关电容滤波器7的输入端电连接。具体地说，开关电容滤波器7用于滤除干扰信号带，主处理器3与开关电容滤波器7的输入端电连接从而通过主处理器3控制开关电容滤波器7指定频率的真实信号；反向比例放大器8的主要作用是通过正向输入端接地形式提高共模抑制比有效放大真实信号；对数检波放大器9的主要作用是采用对数放大形式使回波信号保持在幅值范围内，从而防止超神波首波波动，进而便于检测数首波时延的位置；主处理器3通过控制程控放大器10，使程控放大器10的放大增益范围在20dB-40dB，通过开关电容滤波器7用于滤除干扰信号带，从而滤除环境低噪，再通过反向比例放大器8、对数检波放大器9和程控放大器10串联进行小信号放大，提高小信号的放大增益。
在本实施例中，还包括模数转换电路11，程控放大器10的输出端与模数转换电路11的输入端电连接，模数转换电路11的输出端与主处理器3电连接，主处理器3与程控放大器10的输入端电连接。具体地说，模数转换电路11的主要作用是将模拟信号转换成数字信号，从而便于主处理器3对信号进行处理。
在本实施例中，电源模块12包括DC-DC降压电路1和线性稳压电路2，DC-DC降压电路1与线性稳压电路2电连接，DC-DC降压电路1用于降低输入电源的电压，电能经过线性稳压电路2后进行供电。进一步的，输入电源为直流电。优选的，输入电源的电压为12V。具体地说，DC-DC降压电路1将12V的直流电源转换成5V的直流电源，再通过线性稳压电路2将5V的直流电源转换成低纹波低噪声的3.3V直流电源，用于供电。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：包括电源模块(12)、主处理器(3)、滤波放大模块(13)和采集保护模块(14)，所述电源模块(12)用于给所述主处理器(3)、所述滤波放大模块(13)和所述采集保护模块(14)供电，所述采集保护模块(14)的输出端与所述滤波放大模块(13)的输入端电连接，所述采集保护模块(14)用于将水下超声波信号转换成电信号，所述滤波放大模块(13)的输出端与所述主处理器(3)电连接，且所述主处理器(3)与所述滤波放大模块(13)的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：所述采集保护模块(14)包括超声波传感器(4)、回波钳位电路(5)和Lc选频网络(6)，所述超声波传感器(4)与所述回波钳位电路(5)的输入端电连接，所述超声波传感器(4)用于将水下超声波信号转换成电信号，所述回波钳位电路(5)的输出端与所述Lc选频网络(6)的输入端电连接，所述Lc选频网络(6)的输出端与所述滤波放大模块(13)的输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：所述滤波放大模块(13)包括开关电容滤波器(7)、反向比例放大器(8)、对数检波放大器(9)和程控放大器(10)，所述Lc选频网络(6)的输出端与所述开关电容滤波器(7)的输入端电连接，所述开关电容滤波器(7)的输出端与所述反向比例放大器(8)的输入端电连接，所述反向比例放大器(8)的输出端与所述对数检波放大器(9)的输入端电连接，所述对数检波放大器(9)的输出端与所述程控放大器(10)的输入端电连接，所述程控放大器(10)与所述主处理器(3)电连接，所述主处理器(3)与所述开关电容滤波器(7)的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：还包括模数转换电路(11)，所述程控放大器(10)的输出端与所述模数转换电路(11)的输入端电连接，所述模数转换电路(11)的输出端与所述主处理器(3)电连接，所述主处理器(3)与所述程控放大器(10)的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：所述电源模块(12)包括DC-DC降压电路(1)和线性稳压电路(2)，所述DC-DC降压电路(1)与所述线性稳压电路(2)电连接，所述DC-DC降压电路(1)用于降低输入电源的电压，电能经过所述线性稳压电路(2)后进行供电。
6.根据权利要求5所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：所述输入电源为直流电。
7.根据权利要求6所述的一种水下声层析超声波时差测流放大电路，其特征在于：所述输入电源的电压为12V。
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