CN204168256U - 用于流量检测系统的信号放大电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于超声波流量表设计技术领域，特别涉及一种用于流量检测系统的信号放大电路，包括运算放大器U3、U4，电阻R18与电容C17并联后的两端分别与运算放大器U3的反相输入端、输出端相连；运算放大器U3的反相输入端依次经过电阻R17、电容、换能器后接地；运算放大器U4的同相输入端与运算放大器U3的输出端相连，电阻R20与电容C18并联后的两端分别与运算放大器U4的反相输入端、输出端相连，运算放大器U4的反相输入端依次经过电阻R19、电容C7后接地。该电路结构简单，在实现激励信号和回波信号的两路放大基础上，实现与后续电路的匹配，能够有效滤除激励信号和回波信号的低频干扰和高频噪音，达到串并联选频、稳频的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于超声波流量表设计技术领域，特别涉及一种用于流量检测系统的信号放大电路。
背景技术
超声波流量表是利用超声波时差原理，来实现对液体或气体流量进行计量的装置，与传统的机械式计量表相比，超声波流量计量表具有始动流量低、高计量准确度高、压损小等优势，正是由于这些优良特性，超声波流量计量表广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。
超声波流量表的测量原理为：上游端换能器发出超声波信号，经过时间t1后被下游端换能器接收；下游端换能器发出超声波信号，经过时间t2后被上游端换能器接收，由于超声波在顺流和逆流中的速度不同，通过比较时间t1、t2的差值，就能换算出流体的速度，再根据流体流过截面的大小，就能得知流量。激励信号输出至换能器之前必须经过幅值放大才能够最大程度地增强激励换能器的效果；同样，超声波在流体的传输过程中能量损耗比较大，在换能器输出回波信号后必须进行有效的放大才能进行后续的处理。现有的放大电路，虽然能够对激励信号和回波信号进行两路放大，但是未对激励信号或回波信号进行选频滤波处理，使得后续电路信号信噪比较低，导致测量结果精度不高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于流量检测系统的信号放大电路，实现激励信号和回波信号放大的同时还能去除低频干扰和高频噪声。
为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案为：一种用于流量检测系统的信号放大电路，包括运算放大器U3、U4，运算放大器U3的同相输入端与激励信号处理模块相连，运算放大器U3的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R18与电容C17并联后的两端分别与运算放大器U3的反相输入端、输出端相连；运算放大器U3的反相输入端依次经过电阻R17、电容、换能器后接地；运算放大器U4的同相输入端与运算放大器U3的输出端相连，运算放大器U4的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R20与电容C18并联后的两端分别与运算放大器U4的反相输入端、输出端相连，运算放大器U4的反相输入端依次经过电阻R19、电容C7后接地，运算放大器U4的输出端与回波信号处理模块相连。
与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：通过运算放大器U3、U4及其各自的反馈电路，实现了使用同一个电路放大两路信号的目的，能够消除电路元器件逻辑门的延迟对回波和激励波时差测量的影响。另外，对于一级放大单元31来说，由电阻R18和电容C17与换能器的阻抗以及电阻R17、电容C27组成串并联选频网络，对回波信号进行通带滤波，去除回波信号上的低频干扰和高频噪音，同时使得换能器在工作频点处提高发射功率；对于二级放大电路32，由电阻R19、电容C7、C18和电阻R20组成串并联选频网络，对一级放大信号进行通带滤波，去除回波信号上的低频干扰和高频噪音并通过反馈回路放大信号。该电路结构简单，在实现激励信号和回波信号的两路放大基础上，实现与后续电路的匹配，能够有效滤除激励信号和回波信号的低频干扰和高频噪音，达到串并联选频、稳频的目的。
附图说明
图1是本实用新型的电路图；
图2是本实用新型与其他电路匹配状态示意图；
图3是流量检测系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合图1至图3，对本实用新型做进一步详细叙述。
参阅图1，一种用于流量检测系统的信号放大电路，其特征在于：包括运算放大器U3、U4，运算放大器U3的同相输入端与激励信号处理模块20相连，运算放大器U3的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R18与电容C17并联后的两端分别与运算放大器U3的反相输入端、输出端相连；运算放大器U3的反相输入端依次经过电阻R17、电容、换能器后接地，这里的电容根据换能器的不同而不同，如图2中，如果通过上面的换能器接地，则电容为C27，如果通过下面的换能器接地，则电容为C28；运算放大器U4的同相输入端与运算放大器U3的输出端相连，运算放大器U4的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R20与电容C18并联后的两端分别与运算放大器U4的反相输入端、输出端相连，运算放大器U4的反相输入端依次经过电阻R19、电容C7后接地，运算放大器U4的输出端与回波信号处理模块60相连。由于输入的激励信号幅值较大，基本不用放大或仅需很小的放大倍数；回波信号则不同，超声波从第一换能器发射到第二换能器接收后，已经损失了很多，回波信号的幅值较小，需要较大倍数的放大。另外，不论何时，只有一路信号需要进行放大处理。本电路能够实现上述功能，达到简化电路的作用。
通过运算放大器U3、U4及其各自的反馈电路，实现了使用同一个电路放大两路信号的目的，能够消除电路元器件逻辑门的延迟对回波和激励波时差测量的影响。另外，如图2所示，对于一级放大单元31来说，由电阻R18和电容C17与换能器的阻抗以及电阻R17、电容C27组成串并联选频网络，对回波信号进行通带滤波，去除回波信号上的低频干扰和高频噪音，同时使得换能器在工作频点处提高发射功率；对于二级放大电路32，由电阻R19、电容C7、C18和电阻R20组成串并联选频网络，对一级放大信号进行通带滤波，去除回波信号上的低频干扰和高频噪音并通过反馈回路放大信号。
图3为本实用新型的具体应用电路的原理框图：
流量检测系统包括主控模块10，主控模块10由微处理器11、激励信号输出电路12构成，微处理器11控制激励信号输出电路12产生/停止产生激励信号，激励信号输出至激励信号处理模块20。
激励信号处理模块20包括依次连接的激励信号数量控制电路21、激励信号调理电路22，激励信号数量控制电路21根据微处理器11输出的控制信号将激励信号输出电路12输出的连续的方波信号转换成具有8个周期数的方波信号，激励信号调理电路22将激励信号数量控制电路21输出的方波信号调理为正弦波信号。
正弦波信号经过信号放大电路30放大后通过信号通道控制电路40输出至上游换能器51/下游换能器52，上游换能器51/下游换能器52发射超声波；下游换能器51/上游换能器52接收到相应的超声波信号后输出回波信号，回波信号经过信号通道控制电路40输出至信号放大电路30，信号放大电路30将回波信号放大后输出至回波信号处理模块60。
回波信号处理模块60包括回波信号调理电路61、计时脉宽分割电路62、计时脉宽放大电路63以及计时电路64，回波信号调理电路61将信号放大电路30输出的正弦波信号调理成方波信号并输出至计时脉宽分割电路62，计时脉宽分割电路62、计时脉宽放大电路63对接收到的方波信号进行分割、放大处理后输出至计时电路64。计时电路64将计数值输出至微处理器11，微处理器11根据顺流和逆流计数值的差值以及管道截面、流体温度等计算得出流量值。
流量检测系统其他模块或电路在本公司同日申请的其他专利中有详细介绍，这里就不再赘述。
Claims (1)
1.一种用于流量检测系统的信号放大电路，其特征在于：包括运算放大器U3、U4，运算放大器U3的同相输入端与激励信号处理模块(20)相连，运算放大器U3的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R18与电容C17并联后的两端分别与运算放大器U3的反相输入端、输出端相连；运算放大器U3的反相输入端依次经过电阻R17、电容、换能器后接地；运算放大器U4的同相输入端与运算放大器U3的输出端相连，运算放大器U4的正电源端与电源VCC相连、负电源端接地，电阻R20与电容C18并联后的两端分别与运算放大器U4的反相输入端、输出端相连，运算放大器U4的反相输入端依次经过电阻R19、电容C7后接地，运算放大器U4的输出端与回波信号处理模块(60)相连。
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