CN205545200U - 一种超声波发生器高压信号的取样电路及超声波发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超声波发生器高压信号的取样电路及超声波发生器，超声波发生器高压信号的取样电路包括电压线性光耦电路、电流线性光耦电路及偏频线性光耦电路，电压线性光耦电路的输入端与超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，电压线性光耦电路的输出端与处理器的电压输入端连接，电流线性光耦电路的输入端与超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，电流线性光耦电路的输出端与处理器的电流输入端连接，偏频线性光耦电路的输入端与超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，偏频线性光耦电路的输出端与处理器的频率输入端连接。本实用新型能够剔除高压信号在处理器中留下的隐患，能够保持超声波设备的优良性能，增加超声波设备的可靠性。

Description

一种超声波发生器高压信号的取样电路及超声波发生器

技术领域

本实用新型涉及超声波技术领域，尤其涉及一种超声波发生器高压信号的取样电路及超声波发生器。

背景技术

在传统的超声波设备中，压电陶瓷换能器是主要做功器件，其工作电压为高电压(500V-4000V)。如果压电陶瓷换能器接触不良或是频率发生偏移时，会产生极强的浪涌冲击、电流冲击和功率冲击，这些冲击信号传输到超声波发生器后，超声波发生器对信号进行取样一般是直接经过电阻压降或是变压器隔离后输出至CPU，经过电阻压降或是变压器隔离后的冲击信号仍然可能是高压信号，而由于目前的集成芯片的工作电压一般在10V以下，因此这种信号取样的方式产生的高压信号容易在CPU中留下潜伏性的隐患，降低相关设备的性能，或者引起相关设备的误动，造成直接经济损失等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超声波发生器高压信号的取样电路及超声波发生器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种超声波发生器高压信号的取样电路，包括电压线性光耦电路、电流线性光耦电路及偏频线性光耦电路，所述电压线性光耦电路的输入端与超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，所述电压线性光耦电路的输出端与处理器的电压输入端连接，所述电流线性光耦电路的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，所述电流线性光耦电路的输出端与所述处理器的电流输入端连接，所述偏频线性光耦电路的输入端与所述超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，所述偏频线性光耦电路的输出端与所述处理器的频率输入端连接。

本实用新型的有益效果是：由于电压线性光耦电路、电流线性光耦电路及偏频线性光耦电路均是以光为媒介传输电信号，具有良好的电绝缘能力，其中的发光二极管是在满足一定的电流大小才发光而进入工作状态，因此，即使有很高电压幅值的干扰，也会因其所形成的电流大小而被抑制掉，即对输入、输出电信号有良好的隔离作用。当换能器产生极强的浪涌冲击、电流冲击或功率冲击时，这些冲击信号在超声波发生器中进行线性光耦隔离，冲击信号不会传输至处理器中，剔除高压信号在处理器中留下的隐患，能够保持超声波设备的优良性能，增加超声波设备的可靠性。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述电压线性光耦电路包括第一电阻、第一电容、第一运算放大器、第一线性光耦、第二运算放大器及第二电阻，所述第一电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，所述第一电阻与所述第一电容并接后分别连接至所述第一运算放大器的反向输入端及所述第一线性光耦的第三管脚，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一线性光耦的第一管脚，所述第一运算放大器的正电源连接所述第一线性光耦的第二管脚，所述第一线性光耦的第六管脚连接至所述第二运算放大器的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端连接至所述处理器的电压输入端，所述第二运算放大器的输出端及所述第二运算放大器的反向输入端之间连接所述第二电阻，所述第一运算放大器的正向输入端、所述第一运算放大器的负电源、所述第一线性光耦的第四管脚、所述第一线性光耦的第五管脚、所述第二运算放大器的正向输入端及所述第二运算放大器的负电源均接地。

采用上述进一步方案的有益效果是利用第一电阻降压，第一电容滤波以去除干扰，第一运算放大器对去干扰后的电压信号进行放大后输入至第一线性光耦，经第一线性光耦耦合后输出与输入电压成正比的电压信号，再经第二运算放大器放大后输出至后级的处理器中，第二电阻将输出电压进行反馈。

进一步，所述电压线性光耦电路还包括第二电容，所述第二电容与所述第二电阻并接。

采用上述进一步方案的有益效果是第二电阻与第二电容构成低通滤波器以去除噪声。

进一步，所述电流线性光耦电路包括第三电阻、第三电容、第三运算放大器、第二线性光耦、第四运算放大器及第四电阻，所述第三电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，所述第三电阻与所述第三电容并接后分别连接至所述第三运算放大器的反向输入端及所述第二线性光耦的第三管脚，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二线性光耦的第一管脚，所述第三运算放大器的正电源连接所述第二线性光耦的第二管脚，所述第二线性光耦的第六管脚连接至所述第四运算放大器的反向输入端，所述第四运算放大器的输出端连接至所述处理器的电流输入端，所述第四运算放大器的输出端及所述第四运算放大器的反向输入端之间连接所述第四电阻，所述第三运算放大器的正向输入端、所述第三运算放大器的负电源、所述第二线性光耦的第四管脚、所述第二线性光耦的第五管脚、所述第四运算放大器的正向输入端及所述第四运算放大器的负电源均接地。

采用上述进一步方案的有益效果是利用第三电阻降压，第三电容滤波以去除干扰，第三运算放大器对去干扰后的电流信号进行放大后输入至第二线性光耦，经第二线性光耦耦合后输出与输入电流成正比的电流信号，再经第四运算放大器放大后输出至后级的处理器中，第四电阻将输出电流进行反馈。

进一步，所述电流线性光耦电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第四电阻并接。

采用上述进一步方案的有益效果是第四电阻与第四电容构成低通滤波器以去除噪声。

进一步，所述偏频线性光耦电路包括第五电阻、第五电容、第五运算放大器、第三线性光耦、第六运算放大器及第六电阻，所述第五电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，所述第五电阻与所述第五电容并接后分别连接至所述第五运算放大器的反向输入端及所述第三线性光耦的第三管脚，所述第五运算放大器的输出端连接所述第三线性光耦的第一管脚，所述第五运算放大器的正电源连接所述第三线性光耦的第二管脚，所述第三线性光耦的第六管脚连接至所述第六运算放大器的反向输入端，所述第六运算放大器的输出端连接至所述处理器的频率输入端，所述第六运算放大器的输出端及所述第六运算放大器的反向输入端之间连接所述第六电阻，所述第五运算放大器的正向输入端、所述第五运算放大器的负电源、所述第三线性光耦的第四管脚、所述第三线性光耦的第五管脚、所述第六运算放大器的正向输入端及所述第六运算放大器的负电源均接地。

采用上述进一步方案的有益效果是利用第五电阻降压，第五电容滤波以去除干扰，第五运算放大器对去干扰后的频率信号进行放大后输入至第三线性光耦，经第三线性光耦耦合后输出与输入频率成正比的频率信号，再经第六运算放大器放大后输出至后级的处理器中，第六电阻将输出频率进行反馈。

进一步，所述偏频线性光耦电路还包括第六电容，所述第六电容与所述第六电阻并接。

采用上述进一步方案的有益效果是第六电阻与第六电容构成低通滤波器以去除噪声。

本实用新型还提供一种超声波发生器，所述超声波发生器包括上述的超声波发生器高压信号的取样电路。

附图说明

图1为本实用新型超声波发生器高压信号的取样电路的结构示意图；

图2为图1所示的电路图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电压线性光耦电路，2、电流线性光耦电路，3、偏频线性光耦电路，R1、第一电阻，C1、第一电容，U21A、第一运算放大器，U5、第一线性光耦，U3A、第二运算放大器，R2、第二电阻，C2、第二电容，R3、第三电阻，C3、第三电容，U21B、第三运算放大器，U4、第二线性光耦，U3B、第四运算放大器，R4、第四电阻，C4、第四电容，R5、第五电阻，C5、第五电容，U22A、第五运算放大器，U3、第三线性光耦，U4A、第六运算放大器，R6、第六电阻，C6、第六电容。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，图1为本实用新型超声波发生器高压信号的取样电路的结构示意图，包括电压线性光耦电路1、电流线性光耦电路2及偏频线性光耦电路3，电压线性光耦电路1的输入端与超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，电压线性光耦电路1的输出端与处理器的电压输入端连接，电流线性光耦电路2的输入端与超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，电流线性光耦电路2的输出端与处理器的电流输入端连接，偏频线性光耦电路3的输入端与超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，偏频线性光耦电路3的输出端与处理器的频率输入端连接。

本实施例中，超声波换能器的反馈信号经匹配后(通过匹配使超声波发生器向换能器输出额定的功率、使超声波发生器输出功率最高)输入至超声波发生器中，超声波发生器中的电压线性光耦电路1对电压信号进行线性隔离，电流线性光耦电路2对电流信号进行线性隔离，偏频线性光耦电路3对频率信号进行线性隔离，由于电压线性光耦电路1、电流线性光耦电路2及偏频线性光耦电路3均是以光为媒介传输电信号，具有良好的电绝缘能力，其中的发光二极管是在满足一定的电流大小才发光而进入工作状态，因此，即使有很高电压幅值的干扰，也会因其所形成的电流大小而被抑制掉，即对输入、输出电信号有良好的隔离作用。当换能器产生极强的浪涌冲击、电流冲击或功率冲击时，这些冲击信号在超声波发生器中进行线性光耦隔离，冲击信号不会传输至处理器中，剔除高压信号在处理器中留下的隐患，能够保持超声波设备的优良性能，增加超声波设备的可靠性。

如图2所示，图2为图1所示的电路图，其中，超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接至端点ADC-B7，电压线性光耦电路1包括第一电阻R1(_10K及100K的电阻)、第一电容C1、第一运算放大器U21A、第一线性光耦U5、第二运算放大器U3A及第二电阻R2(100K)，第一电阻R1的输入端ADC-B7与超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，第一电阻R1与第一电容C1并接后分别连接至第一运算放大器U21A的反向输入端及第一线性光耦U5的第三管脚，第一运算放大器U21A的输出端连接第一线性光耦U5的第一管脚，第一运算放大器U21A的正电源连接第一线性光耦U5的第二管脚，第一线性光耦U5的第六管脚连接至第二运算放大器U3A的反向输入端，第二运算放大器U3A的输出端连接至处理器的电压输入端，第二运算放大器U3A的输出端及第二运算放大器U3A的反向输入端之间连接第二电阻R2，第一运算放大器U21A的正向输入端、第一运算放大器U21A的负电源、第一线性光耦U5的第四管脚、第一线性光耦U5的第五管脚、第二运算放大器U3A的正向输入端及第二运算放大器U3A的负电源均接地。

本实施例中，第一电阻R1用于降压，第一电容C1用于滤波以去除干扰，第一运算放大器U21A对去干扰后的电压信号进行放大后输入至第一线性光耦U5，经第一线性光耦U5耦合后输出与输入电压成正比的电压信号，再经第二运算放大器U3A放大后输出至后级的处理器中，第二电阻R2将输出电压进行反馈。

优选地，由于第一线性光耦U5会产生一些高频的噪声，因此可以在第二电阻R2两端并接第二电容C2，构成低通滤波器以去除噪声。

在图2中，超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接至端点ADC-B6，电流线性光耦电路2包括第三电阻R3(10K及100K的电阻)、第三电容C3、第三运算放大器U21B、第二线性光耦U4、第四运算放大器U3B及第四电阻R4(100K)，第三电阻R3的输入端与超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，第三电阻R3与第三电容C3并接后分别连接至第三运算放大器U21B的反向输入端及第二线性光耦U4的第三管脚，第三运算放大器U21B的输出端连接第二线性光耦U4的第一管脚，第三运算放大器U21B的正电源连接第二线性光耦U4的第二管脚，第二线性光耦U4的第六管脚连接至第四运算放大器U3B的反向输入端，第四运算放大器U3B的输出端连接至处理器的电流输入端，第四运算放大器U3B的输出端及第四运算放大器U3B的反向输入端之间连接第四电阻R4，第三运算放大器U21B的正向输入端、第三运算放大器U21B的负电源、第二线性光耦U4的第四管脚、第二线性光耦U4的第五管脚、第四运算放大器U3B的正向输入端及第四运算放大器U3B的负电源均接地。

同上述原理，第三电阻R3用于降压，第三电容C3用于滤波以去除干扰，第三运算放大器U21B对去干扰后的电流信号进行放大后输入至第二线性光耦U4，经第二线性光耦U4耦合后输出与输入电流成正比的电流信号，再经第四运算放大器U3B放大后输出至后级的处理器中，第四电阻R4将输出电流进行反馈。

同样地，由于第二线性光耦U4会产生一些高频的噪声，因此可以在第四电阻R4两端并接第四电容C4，构成低通滤波器以去除噪声。

在图2中，超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接至端点ADC-A0，偏频线性光耦电路3包括第五电阻R5(10K及100K的电阻)、第五电容C5、第五运算放大器U22A、第三线性光耦U3、第六运算放大器U4A及第六电阻R6，第五电阻R5的输入端与超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，第五电阻R5与第五电容C5并接后分别连接至第五运算放大器U22A的反向输入端及第三线性光耦U3的第三管脚，第五运算放大器U22A的输出端连接第三线性光耦U3的第一管脚，第五运算放大器U22A的正电源连接第三线性光耦U3的第二管脚，第三线性光耦U3的第六管脚连接至第六运算放大器U4A的反向输入端，第六运算放大器U4A的输出端连接至处理器的频率输入端，第六运算放大器U4A的输出端及第六运算放大器U4A的反向输入端之间连接第六电阻R6，第五运算放大器U22A的正向输入端、第五运算放大器U22A的负电源、第三线性光耦U3的第四管脚、第三线性光耦U3的第五管脚、第六运算放大器U4A的正向输入端及第六运算放大器U4A的负电源均接地。

同上述原理，第五电阻R5用于降压，第五电容C5用于滤波以去除干扰，第五运算放大器U22A对去干扰后的频率信号进行放大后输入至第三线性光耦U3，经第三线性光耦U3耦合后输出与输入频率成正比的频率信号，再经第六运算放大器U4A放大后输出至后级的处理器中，第六电阻R6将输出频率进行反馈。

同样地，由于第三线性光耦U3会产生一些高频的噪声，因此可以在第六电阻R6两端并接第六电容C6，构成低通滤波器以去除噪声。

优选地，第一线性光耦U5、第二线性光耦U4及第三线性光耦U3的型号是HCNR200/201。

进一步地，第一线性光耦U5、第二线性光耦U4及第三线性光耦U3中的发光二极管为电流驱动器件，以电流环路的形式传送信号，电流环路是低阻抗电路，对噪声的敏感度较低，即使噪声的电压幅度较大，但其能量小，只能形成微弱的电流，能够提高电路的抗干扰能力。

本实用新型还提供一种超声波发生器，超声波发生器包括上述的超声波发生器高压信号的取样电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，包括电压线性光耦电路、电流线性光耦电路及偏频线性光耦电路，所述电压线性光耦电路的输入端与超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，所述电压线性光耦电路的输出端与处理器的电压输入端连接，所述电流线性光耦电路的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，所述电流线性光耦电路的输出端与所述处理器的电流输入端连接，所述偏频线性光耦电路的输入端与所述超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，所述偏频线性光耦电路的输出端与所述处理器的频率输入端连接。

2.根据权利要求1所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述电压线性光耦电路包括第一电阻、第一电容、第一运算放大器、第一线性光耦、第二运算放大器及第二电阻，所述第一电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电压反馈端连接，所述第一电阻与所述第一电容并接后分别连接至所述第一运算放大器的反向输入端及所述第一线性光耦的第三管脚，所述第一运算放大器的输出端连接所述第一线性光耦的第一管脚，所述第一运算放大器的正电源连接所述第一线性光耦的第二管脚，所述第一线性光耦的第六管脚连接至所述第二运算放大器的反向输入端，所述第二运算放大器的输出端连接至所述处理器的电压输入端，所述第二运算放大器的输出端及所述第二运算放大器的反向输入端之间连接所述第二电阻，所述第一运算放大器的正向输入端、所述第一运算放大器的负电源、所述第一线性光耦的第四管脚、所述第一线性光耦的第五管脚、所述第二运算放大器的正向输入端及所述第二运算放大器的负电源均接地。

3.根据权利要求2所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述电压线性光耦电路还包括第二电容，所述第二电容与所述第二电阻并接。

4.根据权利要求1所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述电流线性光耦电路包括第三电阻、第三电容、第三运算放大器、第二线性光耦、第四运算放大器及第四电阻，所述第三电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的电流反馈端连接，所述第三电阻与所述第三电容并接后分别连接至所述第三运算放大器的反向输入端及所述第二线性光耦的第三管脚，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二线性光耦的第一管脚，所述第三运算放大器的正电源连接所述第二线性光耦的第二管脚，所述第二线性光耦的第六管脚连接至所述第四运算放大器的反向输入端，所述第四运算放大器的输出端连接至所述处理器的电流输入端，所述第四运算放大器的输出端及所述第四运算放大器的反向输入端之间连接所述第四电阻，所述第三运算放大器的正向输入端、所述第三运算放大器的负电源、所述第二线性光耦的第四管脚、所述第二线性光耦的第五管脚、所述第四运算放大器的正向输入端及所述第四运算放大器的负电源均接地。

5.根据权利要求4所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述电流线性光耦电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第四电阻并接。

6.根据权利要求1所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述偏频线性光耦电路包括第五电阻、第五电容、第五运算放大器、第三线性光耦、第六运算放大器及第六电阻，所述第五电阻的输入端与所述超声波换能器经匹配后的频率反馈端连接，所述第五电阻与所述第五电容并接后分别连接至所述第五运算放大器的反向输入端及所述第三线性光耦的第三管脚，所述第五运算放大器的输出端连接所述第三线性光耦的第一管脚，所述第五运算放大器的正电源连接所述第三线性光耦的第二管脚，所述第三线性光耦的第六管脚连接至所述第六运算放大器的反向输入端，所述第六运算放大器的输出端连接至所述处理器的频率输入端，所述第六运算放大器的输出端及所述第六运算放大器的反向输入端之间连接所述第六电阻，所述第五运算放大器的正向输入端、所述第五运算放大器的负电源、所述第三线性光耦的第四管脚、所述第三线性光耦的第五管脚、所述第六运算放大器的正向输入端及所述第六运算放大器的负电源均接地。

7.根据权利要求6所述一种超声波发生器高压信号的取样电路，其特征在于，所述偏频线性光耦电路还包括第六电容，所述第六电容与所述第六电阻并接。

8.一种超声波发生器，其特征在于，所述超声波发生器包括权利要求1至7任一项所述的超声波发生器高压信号的取样电路。