CN202092661U - 一种回波信号的能量补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回波信号的能量补偿装置，包括信号输入模块、储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器以及信号输出模块。信号输入模块输入回波信号，回波信号进入储能电容，回波信号对储能电容进行充电，充电后储能电容的电压值对应体现回波信号的能量值；主控芯片获取电压值，并将电压值与预设电压值进行比较以调节数字电位器的输出值；集成运算放大器根据数字电位器的输出值，对回波信号的电压值进行补偿，以使补偿后的电压值等于预设电压值；信号输出模块输出电压值补偿后的回波信号。回波信号的能量补偿装置对回波信号能量进行有效补偿，提高传感器及变送器仪表的测量精度。

Description

一种回波信号的能量补偿装置

技术领域

本实用新型涉及信号控制技术领域，尤其涉及一种回波信号的能量补偿装置。

背景技术

回波信号，指通过不同于正常路径的其他途径而到达给定点上的信号。在该点上，此信号有足够的大小和时延，以致可觉察出它与由正常路径传送来的信号有区别。

在仪表应用行业，对于具有回波检测的传感器及变送器仪表而言，回波信号的不一致性通常是由于温度及测量距离的变化引起的，回波信号不一致性最终表现为测量值的偏移，通常温度补偿方式可以通过经验值对回波信号的测量值进行微量补偿，但不能从根本上调节回波信号波形的变化，导致补偿的局限性，影响传感器及变送器仪表的测量精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种回波信号的能量补偿装置，提高回波信号的精度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种回波信号的能量补偿装置，包括信号输入模块、储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器以及信号输出模块：

所述信号输入模块输入回波信号，所述回波信号进入所述储能电容，所述回波信号对所述储能电容进行充电，充电后所述储能电容的电压值对应体现所述回波信号的能量值；

所述主控芯片获取所述电压值，并将所述电压值与预设电压值进行比较以调节所述数字电位器的输出值；

所述集成运算放大器根据所述数字电位器的输出值，对所述回波信号的电压值进行补偿，以使补偿后的电压值等于所述预设电压值；

所述信号输出模块输出电压值补偿后的回波信号。

其中，所述集成运算放大器包括一级放大模块以及二级放大模块：

所述一级放大模块，具体用于所述回波信号进入所述储能电容之前，对所述回波信号的电压值进行一级放大；

所述二级放大模块，具体用于对所述一级放大模块放大后的电压值进行二级放大，以使二级放大后的电压值等于所述预设电压值。

其中，所述一级放大模块的放大倍数为固定值。

其中，所述二级放大模块的放大倍数为可调值。

其中，所述二级放大模块的输入正端连接阻值固定的电阻，所述二级放大模块的输入负端连接所述数字电位器，所述二级放大模块根据所述数字电位器的输出值以及所述阻值固定的电阻的阻值，调节所述二级放大模块的放大倍数，以对所述一级放大模块放大后的电压值进行二级放大，使二级放大后的电压值等于所述预设电压值。

其中，所述装置还包括能量泄放模块，所述能量泄放模块与所述主控芯片及所述储能电容连接，所述主控芯片控制所述能量泄放模块对所述储能电容存储的能量进行释放。

其中，所述主控芯片包括A/D模拟/数字转换模块，用于获取所述储能电容的电压模拟值，并将所述电压模拟值转换成数字值。

其中，所述装置的电流功耗小于3.5mA。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的一种回波信号的能量补偿装置，通过储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器，实现对回波信号能量进行有效补偿，使回波信号保持一致，提高回波信号的精度，进而提高传感器及变送器仪表的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置的构成示意图一。

图2为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置的构成示意图二。

图3为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中信号输入模块的电路示意图。

图4为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中集成运算放大器一级放大模块的电路示意图。

图5为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中储能电容的电路示意图。

图6为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中能量泄放模块的电路示意图。

图7为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中成运算放大器二级放大模块的电路示意图。

图8为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中数字电位器的电路示意图。

图9为本实用新型实施例提供的回波信号的能量补偿装置中主控芯片的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种回波信号的能量补偿装置，包括信号输入模块11、储能电容12、主控芯片13、数字电位器14、集成运算放大器15以及信号输出模块16：

信号输入模块11输入回波信号，回波信号进入储能电容12，回波信号对储能电容12进行充电，充电后储能电容12的电压值对应体现回波信号的能量值。

主控芯片13获取所述电压值，并将电压值与预设电压值进行比较以调节数字电位器14的输出值。

集成运算放大器15根据数字电位器14的输出值，对回波信号的电压值进行补偿，以使补偿后的电压值等于预设电压值。

信号输出模块16输出电压值补偿后的回波信号。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供回波信号的能量补偿装置，通过储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器，实现对回波信号能量进行有效补偿，使补偿后的回波信号保持一致，进而提高传感器及变送器仪表的测量精度。

同时，本实用新型实施例回波信号的能量补偿装置，采用储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器等均为低功耗的元器件，可以实现装置的整体电流功耗较低。

可选的，本实用新型实施例回波信号的能量补偿装置中，预设电压值可以为本领域普通技术人员根据经验预先设置的电压经验值。

而且，本实用新型实施例回波信号的能量补偿装置中，补偿后的回波信号的电压值等于预设电压值，可以包括：补偿后的回波信号的电压值近似等于预设电压值。

可选的，数字电位器14可以通过数字总线与主控芯片13相连，主控芯片13调节数字电位器14的输出值。

可选的，如图2所示，集成运算放大器15可以包括一级放大模块21和二级放大模块22：

一级放大模块21，具体用于回波信号进入储能电容12之前，对回波信号的电压值进行一级放大。

二级放大模块22，具体用于对一级放大模块21放大后的电压值进行二级放大，以使二级放大后的电压值等于预设电压值。

具体而言，基于通常回波信号较弱，无法很好的满足后续处理要求，因此通过一级放大模块21放大回波信号的电压值。而且，一级放大模块21的放大倍数为固定值，一级放大模块21的放大倍数可以包括整数或者小数。

可见，当回波信号较强可以很好的满足后续处理时，可以不使用一级放大模块21，即一级放大模块21为可选模块。

具体而言，二级放大模块22的输入正端连接阻值固定的电阻，二级放大模块22的输入负端连接数字电位器14，二级放大模块22根据数字电位器14的输出值以及阻值固定的电阻的阻值，调节二级放大模块22的放大倍数，可见，二级放大模块22的放大倍数为可调值。

进一步的，基于二级放大模块22的输入正端连接电阻的阻值固定，那么主控芯片13调节数字电位器14的输出值，数字电位器14的输出值变化影响二级放大模块22的放大倍数。

二级放大模块22的放大倍数包括整数或者小数，可见，无论回波信号的电压值高于预设电压值，或者回波信号的电压值低于预设电压值，均可以通过放大倍数对回波信号的电压值进行补偿，实现补偿后的回波信号的电压值等于预设电压值，提高回波信号的一致性，进而提高传感器及变送器仪表的测量精度。

可选的，本实用新型回波信号的能量补偿装置还可以包括能量泄放模块23，能量泄放模块23与主控芯片13及储能电容12连接，主控芯片13控制能量泄放模23块对储能电容12存储的能量进行释放。从而，以为下一次储能电容的能量存储做准备。

可选的，主控芯片13可以包括A/D(Analog/Digital，模拟/数字)转换模块，用于获取储能电容12的电压模拟值，并将电压模拟值转换成数字值。

可选的，本实用新型回波信号的能量补偿装置还可以包括换能器，用于捡拾回波信号，并将回波信号传输给信号输入模块11，而且，回波信号可以通过换能器转换成为电压信号。

下面，具体说明本发明实施例回波信号的能量补偿装置及其构成：

如图3所示信号输入模块的电路图，通常换能器捡拾的回波信号的电压信号比较微弱，一般只有10mV(毫伏)左右，信号输入模块通过电阻R31、电阻R32对电压V分压实现对换能器捡拾的电压信号的V/2偏置电压设置，同时电阻R33、电阻R34提供相应的阻抗匹配，以使得到的微弱信号能够以最强的能量传递到集成运算放大器。如图3所示，电容C35、电容C36主要是起滤波的作用。

如图4所示集成运算放大器一级放大模块的电路图，一级放大模块采用差分信号放大，能够有效的抑制共模干扰，设有输入正端+、输入负端-、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端+接在电阻R41与电阻R43之间，所述的输入负端-接在电阻R42与电阻R44之间，同时通过电阻R44与所述的输出端OUT连接，所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT通过隔直电容C45实现放大信号的隔直输出。

如图5所示储能电容的电路图，集成运算放大器一级放大模块输出的信号，经过隔直处理之后，通过电阻R51，对储能电容进行充电。三极管Q53和二级管D54构成一个宽度-幅度转换电路，通过电阻R52给储能电容C55充电，电容C55上的电平高度正比于打开三极管Q53的脉冲宽度，而脉冲宽度正比于集成运算放大器一级放大模块输出的脉冲高度。

如图6所示能量泄放模块的电路图，当本次能量检测完成时，主控芯片通过控制管脚输出高低电平用来控制储能电容能量泄放的。CPU_CON为主控芯片输出控制管脚，P_IN端为储能电容端，当主控芯片管脚输出高电平时，三极管Q61导通，三极管Q62的基极为低电平，三极管Q62截止，储能电容能量保持；当主控芯片管脚输出低电平时，三极管Q61截止，三极管Q62的基极为高电平，三极管Q62导通，储能电容能量泄放。

如图7所示集成运算放大器二级放大模块的电路图，二级放大模块采用同向放大方式，设有输入正端IN+、输入负端IN-、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端IN+接在电阻R71与电阻R72之间，所述的输入负端IN-接在电阻R73接地，同时通过数字电位器R74与所述的输出端OUT连接，所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT将调整之后信号输出。数字电位器通过数字总线与主控芯片相连，从而实现主控芯片对数字电位器的控制，以实时调节数字电位器的输出值大小。电阻R75用于实现后续电路的阻抗匹配。

如图8所示数字电位器的电路图，电压V通过电阻R81实现对数字电位器的供电，电容C82为电压旁路滤波电容，为了提高数字总线通讯的可靠性，设计了上拉电阻R83、上拉电阻R84、上拉电阻R85，主控芯片通过数字总线SPI(Serial Peripheral Interface，串行外围设备接口)控制数字电位器的输出阻值大小。

本实用新型实施例回波信号的能量补偿装置，采用上述储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器等均为低功耗的元器件，可以实现装置的整体电流功耗小于3.5mA(毫安)。

如图9所示主控芯片软件流程图，包括：

91、开始。

92、CPU复位初始化，如CPU内部寄存器初始化。CPU复位初始化主要是完成当主控芯片由于某种原因出现复位时，进行初始化。

93、定时器初始化。定时器初始化主要完成回波信号的实时控制，周期采集储能电容的电压模拟量。

94、A/D模块初始化。A/D模块初始化主要完成模拟量的采集的初始控制。

95、中断处理服务程序。中断处理服务程序主要完成对模拟量数据的采集，然后将采集到的数据进行软件滤波，以尽量消除采集数据的误差。

96、模拟量采集。主控芯片通过A/D模块采集储能电容的电压模拟量。

97、电压分段比较。将经过滤波的有效数据与经验值电压进行比较。

98、控制数字电位器。主控芯片根据电压分段比较结果，控制数字电位器的输出值。

99、控制能量泄放模块。当本周期能量检测完成，主控芯片控制能量泄放模块实现储能电容能量的泄放，以便下周期回波信号的能量判断。

910、后台休眠模式。主控芯片大部分时间处于低功耗休眠模式，以降低电路的整体功耗。示例性的如，比如1S(秒)为一个周期，前200mS主控芯片完成数据的采集及数字电位器的控制，后800mS主控芯片即可进入休眠模式，下一个1S周期，重复该运行操作。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种回波信号的能量补偿装置，其特征在于，包括信号输入模块、储能电容、主控芯片、数字电位器、集成运算放大器以及信号输出模块：

所述信号输入模块输入回波信号，所述回波信号进入所述储能电容，所述回波信号对所述储能电容进行充电，充电后所述储能电容的电压值对应体现所述回波信号的能量值；

所述主控芯片获取所述电压值，并将所述电压值与预设电压值进行比较以调节所述数字电位器的输出值；

所述集成运算放大器根据所述数字电位器的输出值，对所述回波信号的电压值进行补偿，以使补偿后的电压值等于所述预设电压值；

所述信号输出模块输出电压值补偿后的回波信号。

2.根据权利要求1所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述集成运算放大器包括一级放大模块以及二级放大模块：

所述一级放大模块，具体用于所述回波信号进入所述储能电容之前，对所述回波信号的电压值进行一级放大；

所述二级放大模块，具体用于对所述一级放大模块放大后的电压值进行二级放大，以使二级放大后的电压值等于所述预设电压值。

3.根据权利要求2所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述一级放大模块的放大倍数为固定值。

4.根据权利要求2所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述二级放大模块的放大倍数为可调值。

5.根据权利要求4所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述二级放大模块的输入正端连接阻值固定的电阻，所述二级放大模块的输入负端连接所述数字电位器，所述二级放大模块根据所述数字电位器的输出值以及所述阻值固定的电阻的阻值，调节所述二级放大模块的放大倍数，以对所述一级放大模块放大后的电压值进行二级放大，使二级放大后的电压值等于所述预设电压值。

6.根据权利要求1所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述装置还包括能量泄放模块，所述能量泄放模块与所述主控芯片及所述储能电容连接，所述主控芯片控制所述能量泄放模块对所述储能电容存储的能量进行释放。

7.根据权利要求1所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述主控芯片包括A/D模拟/数字转换模块，用于获取所述储能电容的电压模拟值，并将所述电压模拟值转换成数字值。

8.根据权利要求1所述的回波信号的能量补偿装置，其特征在于，所述装置的电流功耗小于3.5mA。

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