CN203519153U - 一种超声波声强检测电路 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本实用新型属于工业控制技术领域,涉及一种电路,具体涉及一种超声波声强检测电路。
背景技术
超声波换能器是实现高频交流电能转换为机械能的一种机械装置。随着现代工业技术的进步,超声波换能器已经在多个行业被广泛利用,声强(声功率)作为一个测量超声波换能器工作效果的最主要指标,在实际工业现场有着十分重要的意义。但是,由于超声波设备工作原理的特殊性,其输出的交流电能中存在较强的高频信号,这就对超声波声强检测电路提出了比较高的要求。
传统测量超声波声强的电路大多以模拟电路为主,具有制作和调试复杂,检测精度较低,整体设备体积比较大不适合随身携带的特点,难以满足现代工业环境下的检测要求。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有超声波声强检测电路的不足,提供一种超声波声强检测电路。
本实用新型采用以下技术方案:
本实用新型包括第一信号输入端Vin1、第二信号输入端Vin2、第一信号输出端Vout1、第二信号输出端Vout2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、基准电压芯片U4、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U2A、第四运算放大器U2B、第五运算放大器U5A和比较器U3A。
第一二极管D1的阴极与+5V连接;第一信号输入端Vin1与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极、第一电阻R1的一端和第四电阻R4的一端连接;第二二极管D2的阳极与-5V连接;第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端、第三二极管D3的阴极和第一运算放大器的第二引脚连接;第一运算放大器U1A的第三引脚与地连接;第一运算放大器U1A的第四引脚与-5V连接;第一运算放大器U1A的第八引脚与+5V、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接,第二电容C2的另一端、第四电容C4的另一端均与地连接;第一运算放大器U1A的第一引脚与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阴极连接;第四二极管D4的阳极与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另一端与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二运算放大器U1B的第六引脚连接;第二运算放大器U1B的第五引脚与地连接;第二运算放大器U1B的第七引脚与第二电阻R2的另一端、第六电阻R6的一端连接;第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端、第一电容C1的一端连接;第七电阻R7的另一端与第三电容C3的一端、第三运算放大器U2A的第三引脚连接;第三电容C3的另一端接地;第三运算放大器U2A的第二引脚与第八电阻R8的一端、第三运算放大器U2A的第一引脚连接;第八电阻R8的另一端接地;第三运算放大器U2A的第一引脚与第一电容C1的另一端和第一信号输出端Vout1连接。
第二输入信号端Vin2与第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极和第六电容C6的一端连接;第五二极管D5的阴极与+5V连接;第六二极管D6的阳极与-5V连接;第六电容C6的另一端与第十三电阻R13的一端、第四运算放大器U2B的第五引脚连接;第十三电阻R13的另一端、第十四电阻R14的一端与参考电压信号Vr连接;第十四电阻R14的另一端与第四运算放大器U2B的第六引脚、第十五电阻R15的一端连接;第四运算放大器U2B的第七引脚与第十五电阻R15的另一端、第十一电阻R11的一端连接;第十一电阻的另一端与比较器U3A的第二引脚、第十六电阻的一端连接;比较器U3A的第三引脚与参考电压信号Vr连接;比较器U3A的第八引脚与+5V、第五电容C5的一端连接;第五电容C5的另一端与地连接;比较器U3A的第四引脚与地连接;第十六电阻R16的另一端与比较器U3A的第一引脚、第十二电阻R12的一端连接;第十二电阻R12的另一端与第十电阻R10的一端、第七二极管D7的阴极、第二输出信号端Vout2连接;第十电阻R10的另一端与+5V连接;第七二极管D7的阳极与地连接;第九电阻R9的一端与+5V连接;第九电阻R9的另一端与基准电压芯片U4的一端、第五运算放大器U5A的第二引脚连接;基准电压芯片U4的另一端与地连接;第五运算放大器U5A的第三引脚与第五运算放大器U5A的第一引脚,第五运算放大器U5A的第一引脚输出参考电压信号Vr连接;第五运算放大器U5A的第四引脚与+5V连接;第五运算放大器U5A的第八引脚与地连接。
所述的基准电压芯片U4型号为LM385-1.2,所述的第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B集成于芯片U1,所述的第三运算放大器U2A和第四运算放大器U2B集成于芯片U2,所述的第五运算放大器U5A集成于芯片U5,所述的芯片U1、芯片U2和芯片U5的型号均为LF353,所述的比较器U3A集成于芯片U3,所述的芯片U3的型号为LM311。
本实用新型的有益效果:本实用新型能为单片机提供直接处理且稳定可靠的声强信号,经单片机进行程序运算后即可得到所测量声强的大小。由于本实用新型大部分器件为数字芯片,故由其所构成的声强测试系统,具有体积小便于携带与使用、可靠性高,抗干扰能力强等特点。本实用新型亦提供了超声波换能器所工作负载的频率信号,实现对超声波设备工作状态的有效监测。
附图说明
图1为本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示,本实施例包括第一信号输入端Vin1、第二信号输入端Vin2、第一信号输出端Vout1、第二信号输出端Vout2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、基准电压芯片U4、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U2A、第四运算放大器U2B、第五运算放大器U5A和比较器U3A。
第一二极管D1的阴极与+5V连接;第一信号输入端Vin1与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极、第一电阻R1的一端和第四电阻R4的一端连接;第二二极管D2的阳极与-5V连接;第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端、第三二极管D3的阴极和第一运算放大器的第二引脚连接;第一运算放大器U1A的第三引脚与地连接;第一运算放大器U1A的第四引脚与-5V连接;第一运算放大器U1A的第八引脚与+5V、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接,第二电容C2的另一端、第四电容C4的另一端均与地连接;第一运算放大器U1A的第一引脚与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阴极连接;第四二极管D4的阳极与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另一端与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二运算放大器U1B的第六引脚连接;第二运算放大器U1B的第五引脚与地连接;第二运算放大器U1B的第七引脚与第二电阻R2的另一端、第六电阻R6的一端连接;第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端、第一电容C1的一端连接;第七电阻R7的另一端与第三电容C3的一端、第三运算放大器U2A的第三引脚连接;第三电容C3的另一端接地;第三运算放大器U2A的第二引脚与第八电阻R8的一端、第三运算放大器U2A的第一引脚连接;第八电阻R8的另一端接地;第三运算放大器U2A的第一引脚与第一电容C1的另一端和第一信号输出端Vout1连接。
第二输入信号端Vin2与第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极和第六电容C6的一端连接;第五二极管D5的阴极与+5V连接;第六二极管D6的阳极与-5V连接;第六电容C6的另一端与第十三电阻R13的一端、第四运算放大器U2B的第五引脚连接;第十三电阻R13的另一端、第十四电阻R14的一端与参考电压信号Vr连接;第十四电阻R14的另一端与第四运算放大器U2B的第六引脚、第十五电阻R15的一端连接;第四运算放大器U2B的第七引脚与第十五电阻R15的另一端、第十一电阻R11的一端连接;第十一电阻的另一端与比较器U3A的第二引脚、第十六电阻的一端连接;比较器U3A的第三引脚与参考电压信号Vr连接;比较器U3A的第八引脚与+5V、第五电容C5的一端连接;第五电容C5的另一端与地连接;比较器U3A的第四引脚与地连接;第十六电阻R16的另一端与比较器U3A的第一引脚、第十二电阻R12的一端连接;第十二电阻R12的另一端与第十电阻R10的一端、第七二极管D7的阴极、第二输出信号端Vout2连接;第十电阻R10的另一端与+5V连接;第七二极管D7的阳极与地连接;第九电阻R9的一端与+5V连接;第九电阻R9的另一端与基准电压芯片U4的一端、第五运算放大器U5A的第二引脚连接;基准电压芯片U4的另一端与地连接;第五运算放大器U5A的第三引脚与第五运算放大器U5A的第一引脚,第五运算放大器U5A的第一引脚输出参考电压信号Vr连接;第五运算放大器U5A的第四引脚与+5V连接;第五运算放大器U5A的第八引脚与地连接。
所述的基准电压芯片U4型号为LM385-1.2,所述的第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B集成于芯片U1,所述的第三运算放大器U2A和第四运算放大器U2B集成于芯片U2,所述的第五运算放大器U5A集成于芯片U5,所述的芯片U1、芯片U2和芯片U5的型号均为LF353,所述的比较器U3A集成于芯片U3,所述的芯片U3的型号为LM311。
本实用新型中,由压电陶瓷传感器将负载振动转换成交流信号,经第一二极管D1、第二二极管D2所构成的限幅二极管网络,将输入电压维持在-5V至+5V之间。再经过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三二极管D3、第四二极管D4、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第二电容C2、第四电容C4所构成精密全波整流电路,将交流正弦波信号整流成直流脉动信号。最后经过第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电容C1、第三电容C3、第三运算放大器U2A所构成二阶低通滤波电路,将直流脉动信号中频率在20KHZ以上的信号滤除,经过后续采集和处理,即可得到一个电压值U。
本实用新型中,第九电阻R9、基准电压芯片U4、第五运算放大器U5A构成基准信号电路,提供稳定的1.2V电压。由另一路压电陶瓷传感器将负载振动转换成交流信号,经过第六电容C6、第十三电阻R13所构成滤直电路,滤除信号中的直流分量。再经过第十四电阻R14、第十五电阻R15、第四运算放大器U2B所构成放大电路,将信号进行放大。最后经过第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十六电阻R16、第五电容C5、第七二极管D7、比较器U3A所构成迟滞比较器,将正弦信号转换为方波信号,经过后续采集和处理,即可得到一个频率值F。
根据声强值W和电压信号U、工作频率F的关系式可得W=K*F*U2,从而可计算得到在该超声波驱动所得的声强值,其中K为比例系数,需根据实际情况进行标定,U和F为根据本电路获得的电压值和频率值。
Claims (1)
1. 一种超声波声强检测电路,其特征在于:包括第一信号输入端Vin1、第二信号输入端Vin2、第一信号输出端Vout1、第二信号输出端Vout2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、基准电压芯片U4、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U2A、第四运算放大器U2B、第五运算放大器U5A和比较器U3A;
第一二极管D1的阴极与+5V连接;第一信号输入端Vin1与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极、第一电阻R1的一端和第四电阻R4的一端连接;第二二极管D2的阳极与-5V连接;第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端、第三二极管D3的阴极和第一运算放大器的第二引脚连接;第一运算放大器U1A的第三引脚与地连接;第一运算放大器U1A的第四引脚与-5V连接;第一运算放大器U1A的第八引脚与+5V、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接,第二电容C2的另一端、第四电容C4的另一端均与地连接;第一运算放大器U1A的第一引脚与第三二极管D3的阳极、第四二极管D4的阴极连接;第四二极管D4的阳极与第三电阻R3的另一端、第五电阻R5的一端连接;第五电阻R5的另一端与第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二运算放大器U1B的第六引脚连接;第二运算放大器U1B的第五引脚与地连接;第二运算放大器U1B的第七引脚与第二电阻R2的另一端、第六电阻R6的一端连接;第六电阻R6的另一端与第七电阻R7的一端、第一电容C1的一端连接;第七电阻R7的另一端与第三电容C3的一端、第三运算放大器U2A的第三引脚连接;第三电容C3的另一端接地;第三运算放大器U2A的第二引脚与第八电阻R8的一端、第三运算放大器U2A的第一引脚连接;第八电阻R8的另一端接地;第三运算放大器U2A的第一引脚与第一电容C1的另一端和第一信号输出端Vout1连接;
第二输入信号端Vin2与第五二极管D5的阳极、第六二极管D6的阴极和第六电容C6的一端连接;第五二极管D5的阴极与+5V连接;第六二极管D6的阳极与-5V连接;第六电容C6的另一端与第十三电阻R13的一端、第四运算放大器U2B的第五引脚连接;第十三电阻R13的另一端、第十四电阻R14的一端与参考电压信号Vr连接;第十四电阻R14的另一端与第四运算放大器U2B的第六引脚、第十五电阻R15的一端连接;第四运算放大器U2B的第七引脚与第十五电阻R15的另一端、第十一电阻R11的一端连接;第十一电阻的另一端与比较器U3A的第二引脚、第十六电阻的一端连接;比较器U3A的第三引脚与参考电压信号Vr连接;比较器U3A的第八引脚与+5V、第五电容C5的一端连接;第五电容C5的另一端与地连接;比较器U3A的第四引脚与地连接;第十六电阻R16的另一端与比较器U3A的第一引脚、第十二电阻R12的一端连接;第十二电阻R12的另一端与第十电阻R10的一端、第七二极管D7的阴极、第二输出信号端Vout2连接;第十电阻R10的另一端与+5V连接;第七二极管D7的阳极与地连接;第九电阻R9的一端与+5V连接;第九电阻R9的另一端与基准电压芯片U4的一端、第五运算放大器U5A的第二引脚连接;基准电压芯片U4的另一端与地连接;第五运算放大器U5A的第三引脚与第五运算放大器U5A的第一引脚,第五运算放大器U5A的第一引脚输出参考电压信号Vr连接;第五运算放大器U5A的第四引脚与+5V连接;第五运算放大器U5A的第八引脚与地连接;
所述的基准电压芯片U4型号为LM385-1.2,所述的第一运算放大器U1A和第二运算放大器U1B集成于芯片U1,所述的第三运算放大器U2A和第四运算放大器U2B集成于芯片U2,所述的第五运算放大器U5A集成于芯片U5,所述的芯片U1、芯片U2和芯片U5的型号均为LF353,所述的比较器U3A集成于芯片U3,所述的芯片U3的型号为LM311。
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