CN201331366Y - 超声波物位计的转换输出电路 - Google Patents
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Abstract
一种超声波物位计的转换输出电路，由光电耦合电路、波形变换电路、一级放大电路、滤波电路和二级放大电路组成，光电耦合电路的输入端获取脉宽信号，输出端与波形变换电路的输入端连接，该波形变换电路的输出端连接一级放大电路的输入端，该一级放大电路的输出端与滤波电路的输入端连接，该滤波电路的输出端连接二级放大电路的输入端，该二级放大电路的输出端输出检测信号。本实用新型的显著效果是：输出的检测信号抗干扰能力强、性能稳定，多级放大能有效提高输出信号的精度；PWM让信号保持为数字形式，控制简单、灵活，动态响应好，对噪声的抵抗能力增强，可将噪声影响降到最小。
Description
技术领域
本实用新型属于一种转换输出电路，具体是一种应用于超声波物位计的转换输出电路。
背景技术
物位仪表是工业生产中不可缺少的重要测距仪表。超声波物位计在测量物位上显示出其显著的特点，在日产生活中扮演越来越重要的角色。超声波物位计在各行各业中的应用日益广泛，可用于对液体、固体的物位进行非接触式连续测量，使物料料位的测量水平显著提高。
超声波物位计的工作原理是，由换能器(探头)发出高频脉冲声波，遇到被测物料表面被反射折回，部分反射回波被换能器接收，转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间(声波的传播时间)与换能器到物体表面的距离(传播距离)成正比。
在超声波物位计测量过程中，为更好的和其他设备连接使用，需要把换能器接收并转换的电信号转换为4～20mA的标准电流信号。现有的超声波物位计直接对换能器转换得到的模拟信号进行转换，通常采用模数转换、电压电流转换等方式，这样的转换方式精度不是很高，抗干扰也不是很好。
现有超声波物位计转换输出电路的缺点：输出的检测信号精度较低，稳定性差，抗干扰能力较弱。
实用新型内容
本实用新型的目的是输出一种抗干扰能力强、性能稳定、精度较高的检测信号。
为达到上述目的，本实用新型所述的一种超声波物位计的转换输出电路，其关键在于：包括光电耦合电路、波形变换电路、一级放大电路、滤波电路和二级放大电路，其中，所述光电耦合电路的输入端获取脉宽信号，该光电耦合电路的输出端与所述波形变换电路的输入端连接，该波形变换电路的输出端与所述一级放大电路的输入端连接，所述脉宽信号经该波形变换电路变换波形后送入所述一级放大电路，该一级放大电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，该一级放大电路将放大后的信号输出给所述滤波电路，该滤波电路的输出端连接所述二级放大电路的输入端，该二级放大电路的输出端输出检测信号。
CPU控制发出脉宽方波驱动超声波物位计的探头，探头发出超声波信号，遇到被测物后部分超声波信号被反射折回，探头接收并转换成电信号，通过自动增益控制和温度补偿后，经CPU的脉冲宽度调制控制器对模拟信号电平进行数字编码，输出数字脉宽信号。PWM让信号保持为数字形式，控制简单、灵活，动态响应好，对噪声的抵抗能力增强，可将噪声影响降到最小。
光电耦合电路的输入端接收到CPU输出的脉宽信号，光电耦合电路导通，脉宽信号被送入波形变换电路，由原来的脉宽信号变换为直流信号，经一级放大电路放大后输出给滤波电路滤去毛刺，将得到的平滑电流信号送入二级放大电路再次放大后输出4～20mA的标准电流信号。该检测信号抗干扰能力强、性能稳定、精度较高。
所述光电耦合电路设置有光耦，该光耦的正向输入端经上拉电阻连接+3.3V直流电源，负向输入端获取脉宽信号；该光耦的正向输出端连接+24V电源，负向输出端接地；该光耦的正向输出端连接所述波形变换电路。
光电耦合电路提高了脉宽信号的抗干扰能力，使性能更加稳定。
所述波形变换电路设置有单向二极管，该单向二极管的正极连接所述光电耦合电路的输出端，该单向二极管的负极连接第二电阻的前端，该第二电阻的后端经第一电容连接+5V电源，该第二电阻的后端连接第三电阻的前端，该第三电阻的后端经第二电容连接+5V电源，该第三电阻的后端还连接所述一级放大电路。
第一电容与第二电容将光电耦合电路输出的脉冲宽度调制信号转换成直流信号，送入一级放大电路放大，提高了输出信号的抗干扰能力。
所述单向二极管的负极经稳压管连接+5V电源，该稳压管的负极连接所述单向二极管的负极，该稳压管的正极连接所述+5V电源。
稳压管稳定电压，保护后续电路，同时滤去信号的毛刺，提高抗干扰能力。
所述一级放大电路是放大器，该放大器的正相输入端连接所述波形变换电路的输出端，该放大器的负相输入端接地，该放大器的输出端连接所述滤波电路的输入端。
放大器的驱动电压为+24V，一级放大电路有利于输出信号精度的提高。
所述滤波电路由第三电容和NPN三极管组成，该第三电容的前端连接所述一级放大电路的输出端，该第三电容的后端接地；所述NPN三极管的基极连接所述第三电容的前端，该NPN三极管的发射极连接所述第三电容的后端，该NPN三极管的集电极连接所述二级放大电路的输入端。
滤波电路滤去毛刺，使一级放大电路输出的信号变得平滑，抗干扰能力强。
所述二级放大电路是PNP三极管，该PNP三极管的基极连接所述滤波电路的输出端，该PNP三极管的发射极连接+24V，该PNP三极管的集电极输出信号。
二级放大电路将滤波电路输出的平滑电流信号放大，进一步提高输出信号的精度。
本实用新型的显著效果是：输出的检测信号抗干扰能力强、性能稳定，多级放大能有效提高输出信号的精度；PWM让信号保持为数字形式，控制简单、灵活，动态响应好，对噪声的抵抗能力增强，可将噪声影响降到最小。
附图说明
图1为超声波物位计工作原理流程图；
图2为本实用新型的原理框图；
图3为本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，CPU控制发出40KHZ频率脉宽方波驱动超声波物位计的探头，探头发出40KHZ频率超声波信号，遇到被测物后，部分40KHZ频率超声波信号被反射折回，探头接收并转换成电信号，通过自动增益控制和温度补偿后，经CPU的脉冲宽度调制PWM控制器对模拟信号电平进行数字编码，输出数字脉宽信号，经转换输出电路，将数字脉宽信号转换为4～20mA的标准电流检测信号输出。
如图2所示，本实用新型提供一种超声波物位计的转换输出电路，包括光电耦合电路1、波形变换电路2、一级放大电路3、滤波电路4和二级放大电路5。
所述光电耦合电路1的输入端接收到CPU输出的脉宽信号，光电耦合电路1导通，该光电耦合电路1的输出端与所述波形变换电路2的输入端连接，脉宽信号被送入波形变换电路2，由原来的脉宽信号变换为直流信号，该波形变换电路2的输出端与所述一级放大电路3的输入端连接，直流信号被送入所述一级放大电路3放大，一级放大电路3的输出端与所述滤波电路4的输入端连接，放大后的信号输出给滤波电路4滤去毛刺，得到的平滑电流信号，该滤波电路4的输出端连接所述二级放大电路5的输入端，平滑电流信号被送入二级放大电路5再次放大，经二级放大电路5的输出端输出4～20mA的标准电流检测信号，该检测信号抗干扰能力强、性能稳定、精度较高。
如图3所示，所述光电耦合电路1设置有光耦O080，该光耦O080的正向输入端经上拉电阻R086连接+3.3V直流电源，负向输入端获取脉宽信号；该光耦O080的正向输出端连接+24V电源，负向输出端接地；该光耦O080的正向输出端连接所述波形变换电路2。
所述波形变换电路2设置有单向二极管V088，该单向二极管V088的正极连接所述光电耦合电路1的输出端，该单向二极管V088的负极连接第二电阻R087的前端，该第二电阻R087的后端经第一电容C087连接+5V电源，该第二电阻R087的后端连接第三电阻R088的前端，该第三电阻R088的后端经第二电容C088连接+5V电源，第一电容C087与第二电容C088将光电耦合电路1输出的脉冲宽度调制信号转换成直流信号。该第三电阻R088的后端还连接所述一级放大电路3，将直流信号送入一级放大电路3放大。
所述单向二极管V088的负极连接有稳压管V093，使电压稳定，后续电路得到保护，同时滤去信号的毛刺，提高抗干扰能力。该稳压管V093的负极连接所述单向二极管V088的负极，该稳压管V093的正极连接所述+5V电源。
所述一级放大电路3是放大器IC090，该放大器IC090的正相输入端连接所述波形变换电路2的输出端，该放大器IC090的负相输入端接地，该放大器IC090的输出端连接所述滤波电路4的输入端，放大器IC090的驱动电压为+24V。
所述滤波电路4由第三电容C090和NPN三极管V089组成，所述二级放大电路5是PNP三极管V090。第三电容C090的前端连接所述一级放大电路3的输出端，该第三电容C090的后端接地；所述NPN三极管V089的基极连接所述第三电容C090的前端，该NPN三极管V089的发射极连接所述第三电容C090的后端，该NPN三极管V089的集电极连接所述PNP三极管V090的基极，该PNP三极管V090的发射极连接+24V，该PNP三极管V090的集电极输出信号。滤波电路4滤去毛刺，使一级放大电路3输出的信号变得平滑，抗干扰能力强。二级放大电路5将滤波电路4输出的平滑电流信号放大，进一步提高输出信号的精度。
其工作情况如下：光电耦合电路1的输入端获取脉宽信号，光电耦合电路1导通，脉宽信号被送入波形变换电路2，由原来的脉宽信号变换为直流信号，经一级放大电路3放大后输出给滤波电路4滤去毛刺，将得到的平滑电流信号送入二级放大电路5再次放大后输出4～20mA的标准电流信号。
Claims (7)
1、一种超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：由光电耦合电路(1)、波形变换电路(2)、一级放大电路(3)、滤波电路(4)和二级放大电路(5)组成，其中，所述光电耦合电路(1)的输入端获取脉宽信号，该光电耦合电路(1)的输出端与所述波形变换电路(2)的输入端连接，该波形变换电路(2)的输出端与所述一级放大电路(3)的输入端连接，所述脉宽信号经该波形变换电路(2)变换波形后送入所述一级放大电路(3)，该一级放大电路(3)的输出端与所述滤波电路(4)的输入端连接，该一级放大电路(3)将放大后的信号输出给所述滤波电路(4)，该滤波电路(4)的输出端连接所述二级放大电路(5)的输入端，该二级放大电路(5)的输出端输出检测信号。
2、根据权利要求1所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述光电耦合电路(1)设置有光耦(O080)，该光耦(O080)的正向输入端经上拉电阻(R086)连接+3.3V直流电源，负向输入端获取脉宽信号；该光耦(O080)的正向输出端连接+24V电源，负向输出端接地；该光耦(O080)的正向输出端连接所述波形变换电路(2)。
3、根据权利要求1所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述波形变换电路(2)设置有单向二极管(V088)，该单向二极管(V088)的正极连接所述光电耦合电路(1)的输出端，该单向二极管(V088)的负极连接第二电阻(R087)的前端，该第二电阻(R087)的后端经第一电容(C087)连接+5V电源，该第二电阻(R087)的后端连接第三电阻(R088)的前端，该第三电阻(R088)的后端经第二电容(C088)连接+5V电源，该第三电阻(R088)的后端还连接所述一级放大电路(3)。
4、根据权利要求3所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述单向二极管(V088)的负极经稳压管(V093)连接+5V电源，该稳压管(V093)的负极连接所述单向二极管(V088)的负极，该稳压管(V093)的正极连接所述+5V电源。
5、根据权利要求1所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述一级放大电路(3)是放大器(IC090)，该放大器(IC090)的正相输入端连接所述波形变换电路(2)的输出端，该放大器(IC090)的负相输入端接地，该放大器(IC090)的输出端连接所述滤波电路(4)。
6、根据权利要求1所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述滤波电路(4)由第三电容(C090)和NPN三极管(V089)组成，该第三电容(C090)的前端连接所述一级放大电路(3)的输出端，该第三电容(C090)的后端接地；所述NPN三极管(V089)的基极连接所述第三电容(C090)的前端，该NPN三极管(V089)的发射极连接所述第三电容(C090)的后端，该NPN三极管(V089)的集电极连接所述二级放大电路(5)。
7、根据权利要求1所述的超声波物位计的转换输出电路，其特征在于：所述二级放大电路(5)是PNP三极管(V090)，该PNP三极管(V090)的基极连接所述滤波电路(4)的输出端，该PNP三极管(V090)的发射极连接+24V，该PNP三极管(V090)的集电极输出信号。
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