超聲波物位計的轉換輸出電路的製作方法

2023-05-01 15:35:46

專利名稱：超聲波物位計的轉換輸出電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種轉換輸出電路，具體是一種應用於超聲波物位計的轉 換輸出電路。
背景技術：
物位儀表是工業生產中不可缺少的重要測距儀表。超聲波物位計在測量物 位上顯示出其顯著的特點，在日產生活中扮演越來越重要的角色。超聲波物位 計在各行各業中的應用日益廣泛，可用於對液體、固體的物位進行非接觸式連 續測量，使物料料位的測量水平顯著提高。
超聲波物位計的工作原理是，由換能器(探頭)發出高頻脈衝聲波，遇到 被測物料表面被反射折回，部分反射回波被換能器接收，轉換成電信號。脈衝 發送和接收之間的時間(聲波的傳播時間)與換能器到物體表面的距離(傳播 距離)成正比。
在超聲波物位計測量過程中，為更好的和其他設備連接使用，需要把換能
器接收並轉換的電信號轉換為4 20mA的標準電流信號。現有的超聲波物位計 直接對換能器轉換得到的模擬信號進行轉換，通常採用模數轉換、電壓電流轉 換等方式，這樣的轉換方式精度不是很高，抗幹擾也不是很好。
現有超聲波物位計轉換輸出電路的缺點輸出的檢測信號精度較低，穩定 性差，抗幹擾能力較弱。
實用新型內容
本實用新型的目的是輸出一種抗幹擾能力強、性能穩定、精度較高的檢測信號。
為達到上述目的，本實用新型所述的一種超聲波物位計的轉換輸出電路， 其關鍵在於包括光電耦合電路、波形變換電路、 一級放大電路、濾波電路和 二級放大電路，其中，所述光電耦合電路的輸入端獲取脈寬信號，該光電耦合 電路的輸出端與所述波形變換電路的輸入端連接，該波形變換電路的輸出端與 所述一級放大電路的輸入端連接，所述脈寬信號經該波形變換電路變換波形後 送入所述一級放大電路，該一級放大電路的輸出端與所述濾波電路的輸入端連 接，該一級放大電路將放大後的信號輸出給所述濾波電路，該濾波電路的輸出 端連接所述二級放大電路的輸入端，該二級放大電路的輸出端輸出檢測信號。
CPU控制發出脈寬方波驅動超聲波物位計的探頭，探頭髮出超聲波信號， 遇到被測物後部分超聲波信號被反射折回，探頭接收並轉換成電信號，通過自 動增益控制和溫度補償後，經CPU的脈衝寬度調製控制器對模擬信號電平進行
數字編碼，輸出數字脈寬信號。PWM讓信號保持為數字形式，控制簡單、靈活， 動態響應好，對噪聲的抵抗能力增強，可將噪聲影響降到最小。
光電耦合電路的輸入端接收到CPU輸出的脈寬信號，光電耦合電路導通， 脈寬信號被送入波形變換電路，由原來的脈寬信號變換為直流信號，經一級放 大電路放大後輸出給濾波電路濾去毛刺，將得到的平滑電流信號送入二級放大 電路再次放大後輸出4 20mA的標準電流信號。該檢測信號抗幹擾能力強、性 能穩定、精度較高。所述光電耦合電路設置有光耦，該光耦的正向輸入端經上拉電阻連接+3.3V
直流電源，負向輸入端獲取脈寬信號；該光耦的正向輸出端連接+24V電源，負 向輸出端接地；該光耦的正向輸出端連接所述波形變換電路。
光電耦合電路提高了脈寬信號的抗幹擾能力，使性能更加穩定。 所述波形變換電路設置有單向二極體，該單向二極體的正極連接所述光電 耦合電路的輸出端，該單向二極體的負極連接第二電阻的前端，該第二電阻的 後端經第一電容連接+5V電源，該第二電阻的後端連接第三電阻的前端，該第 三電阻的後端經第二電容連接+5V電源，該第三電阻的後端還連接所述一級放 大電路。
第一電容與第二電容將光電耦合電路輸出的脈衝寬度調製信號轉換成直流 信號，送入一級放大電路放大，提高了輸出信號的抗幹擾能力。
所述單向二極體的負極經穩壓管連接+5V電源，該穩壓管的負極連接所述 單向二極體的負極，該穩壓管的正極連接所述+5V電源。
穩壓管穩定電壓，保護後續電路，同時濾去信號的毛刺，提高抗幹擾能力。
所述一級放大電路是放大器，該放大器的正相輸入端連接所述波形變換電 路的輸出端，該放大器的負相輸入端接地，該放大器的輸出端連接所述濾波電 路的輸入端。
放大器的驅動電壓為+24V， 一級放大電路有利於輸出信號精度的提高。 所述濾波電路由第三電容和NPN三極體組成，該第三電容的前端連接所述 一級放大電路的輸出端，該第三電容的後端接地；所述NPN三極體的基極連接 所述第三電容的前端，該NPN三極體的發射極連接所述第三電容的後端，該 NPN三極體的集電極連接所述二級放大電路的輸入端。
濾波電路濾去毛刺，使一級放大電路輸出的信號變得平滑，抗幹擾能力強。所述二級放大電路是PNP三極體，該PNP三極體的基極連接所述濾波電路
的輸出端，該PNP三極體的發射極連接+24V,該PNP三極體的集電極輸出信
號
二級放大電路將濾波電路輸出的平滑電流信號放大，進一步提高輸出信號 的精度。
本實用新型的顯著效果是輸出的檢測信號抗幹擾能力強、性能穩定，多 級放大能有效提高輸出信號的精度；P麗讓信號保持為數字形式，控制簡單、靈
活，動態響應好，對噪聲的抵抗能力增強，可將噪聲影響降到最小。

圖1為超聲波物位計工作原理流程圖2為本實用新型的原理框圖3為本實用新型的電路圖。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。 如圖1所示，CPU控制發出40KHZ頻率脈寬方波驅動超聲波物位計的探頭， 探頭髮出40KHZ頻率超聲波信號，遇到被測物後，部分40KHZ頻率超聲波信 號被反射折回，探頭接收並轉換成電信號，通過自動增益控制和溫度補償後， 經CPU的脈衝寬度調製PWM控制器對模擬信號電平進行數字編碼，輸出數字 脈寬信號，經轉換輸出電路，將數字脈寬信號轉換為4 20mA的標準電流檢測 信號輸出。 ''
如圖2所示，本實用新型提供一種超聲波物位計的轉換輸出電路，包括光 電耦合電路l、波形變換電路2、 一級放大電路3、濾波電路4和二級放大電路所述光電耦合電路l的輸入端接收到CPU輸出的脈寬信號，光電耦合電路 1導通，該光電耦合電路1的輸出端與所述波形變換電路2的輸入端連接，脈寬 信號被送入波形變換電路2，由原來的脈寬信號變換為直流信號，該波形變換電
路2的輸出端與所述一級放大電路3的輸入端連接，直流信號被送入所述一級 放大電路3放大， 一級放大電路3的輸出端與所述濾波電路4的輸入端連接， 放大後的信號輸出給濾波電路4濾去毛刺，得到的平滑電流信號，該濾波電路4 的輸出端連接所述二級放大電路5的輸入端，平滑電流信號被送入二級放大電 路5再次放大，經二級放大電路5的輸出端輸出4 20mA的標準電流檢測信號， 該檢測信號抗幹擾能力強、性能穩定、精度較高。
如圖3所示，所述光電耦合電路1設置有光耦0080，該光耦O080的正向 輸入端經上拉電阻R086連接+3.3V直流電源，負向輸入端獲取脈寬信號；該光 耦O080的正向輸出端連接+24V電源，負向輸出端接地；該光耦O080的正向 輸出端連接所述波形變換電路2。
所述波形變換電路2設置有單向二極體V088,該單向二極體V088的正極
連接所述光電耦合電路1的輸出端，該單向二極體V088的負極連接第二電阻
R087的前端，該第二電阻R087的後端經第一電容C087連接+5V電源，該第二
電阻R087的後端連接第三電阻R088的前端，該第三電阻R088的後端經第二
電容C088連接+5V電源，第一電容C087與第二電容C088將光電耦合電路1
輸出的脈衝寬度調製信號轉換成直流信號。該第三電阻R088的後端還連接所述
一級放大電路3，將直流信號送入一級放大電路3放大。
所述單向二極體V088的負極連接有穩壓管V093，使電壓穩定，後續電路
得到保護，同時濾去信號的毛刺，提高抗幹擾能力。該穩壓管V093的負極連接
所述單向二極體V088的負極，該穩壓管V093的正極連接所述+5V電源。所述一級放大電路3是放大器IC090，該放大器IC090的正相輸入端連接所 述波形變換電路2的輸出端，該放大器IC090的負相輸入端接地，該放大器IC090 的輸出端連接所述濾波電路4的輸入端，放大器IC090的驅動電壓為+24V。
所述濾波電路4由第三電容CO卯和NPN三極體V089組成，所述二級放 大電路5是PNP三極體V090。第三電容C090的前端連接所述一級放大電路3 的輸出端，該第三電容C090的後端接地；所述NPN三極體V089的基極連接所 述第三電容C090的前端，該NPN三極體V089的發射極連接所述第三電容C090 的後端，該NPN三極體V089的集電極連接所述PNP三極體V090的基極，該 PNP三極體V090的發射極連接+24V，該PNP三極體V090的集電極輸出信號。 濾波電路4濾去毛刺，使一級放大電路3輸出的信號變得平滑，抗幹擾能力強。 二級放大電路5將濾波電路4輸出的平滑電流信號放大，進一步提高輸出信號 的精度。
其工作情況如下光電耦合電路1的輸入端獲取脈寬信號，光電耦合電路1 導通，脈寬信號被送入波形變換電路2，由原來的脈寬信號變換為直流信號，經 一級放大電路3放大後輸出給濾波電路4濾去毛剌，將得到的平滑電流信號送 入二級放大電路5再次放大後輸出4 20mA的標準電流信號。
權利要求1、一種超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於由光電耦合電路(1)、波形變換電路(2)、一級放大電路(3)、濾波電路(4)和二級放大電路(5)組成，其中，所述光電耦合電路(1)的輸入端獲取脈寬信號，該光電耦合電路(1)的輸出端與所述波形變換電路(2)的輸入端連接，該波形變換電路(2)的輸出端與所述一級放大電路(3)的輸入端連接，所述脈寬信號經該波形變換電路(2)變換波形後送入所述一級放大電路(3)，該一級放大電路(3)的輸出端與所述濾波電路(4)的輸入端連接，該一級放大電路(3)將放大後的信號輸出給所述濾波電路(4)，該濾波電路(4)的輸出端連接所述二級放大電路(5)的輸入端，該二級放大電路(5)的輸出端輸出檢測信號。
2、 根據權利要求l所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所 述光電耦合電路(1)設置有光耦(0080)，該光耦(O080)的正向輸入端經上 拉電阻(R086)連接+3.3V直流電源，負向輸入端獲取脈寬信號；該光耦(0080) 的正向輸出端連接+24V電源，負向輸出端接地；該光耦(O080)的正向輸出端 連接所述波形變換電路(2)。
3、 根據權利要求l所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所 述波形變換電路(2)設置有單向二極體(V088)，該單向二極體(V088)的正 極連接所述光電耦合電路(1)的輸出端，該單向二極體(V088)的負極連接第 二電阻(R087)的前端，該第二電阻(R087)的後端經第一電容(C087)連接 +5V電源，該第二電阻(R087)的後端連接第三電阻(R088)的前端，該第三 電阻(R088)的後端經第二電容(C088)連接+5V電源，該第三電阻(R088) 的後端還連接所述一級放大電路(3)。
4、 根據權利要求3所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所述單向二極體(V088)的負極經穩壓管(V093)連接+5V電源，該穩壓管(V093) 的負極連接所述單向二極體(V088)的負極，該穩壓管(V093)的正極連接所 述+5V電源。
5、 根據權利要求l所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所 述一級放大電路(3)是放大器(IC090)，該放大器(IC090)的正相輸入端連 接所述波形變換電路(2)的輸出端，該放大器(IC090)的負相輸入端接地， 該放大器(IC090)的輸出端連接所述濾波電路(4)。
6、 根據權利要求l所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所 述濾波電路(4)由第三電容(C090)和NPN三極體(V089)組成，該第三電 容(C090)的前端連接所述一級放大電路(3)的輸出端，該第三電容(C090) 的後端接地；所述NPN三極體(V089)的基極連接所述第三電容(C090)的前 端，該NPN三極體(V089)的發射極連接所述第三電容(C090)的後端，該 NPN三極體(V089)的集電極連接所述二級放大電路(5)。
7、 根據權利要求l所述的超聲波物位計的轉換輸出電路，其特徵在於所 述二級放大電路(5)是PNP三極體(V090)，該PNP三極體(V090)的基極 連接所述濾波電路(4)的輸出端，該PNP三極體(V090)的發射極連接+24V， 該PNP三極體(V090)的集電極輸出信號。
專利摘要一種超聲波物位計的轉換輸出電路，由光電耦合電路、波形變換電路、一級放大電路、濾波電路和二級放大電路組成，光電耦合電路的輸入端獲取脈寬信號，輸出端與波形變換電路的輸入端連接，該波形變換電路的輸出端連接一級放大電路的輸入端，該一級放大電路的輸出端與濾波電路的輸入端連接，該濾波電路的輸出端連接二級放大電路的輸入端，該二級放大電路的輸出端輸出檢測信號。本實用新型的顯著效果是輸出的檢測信號抗幹擾能力強、性能穩定，多級放大能有效提高輸出信號的精度；PWM讓信號保持為數字形式，控制簡單、靈活，動態響應好，對噪聲的抵抗能力增強，可將噪聲影響降到最小。
文檔編號G01F23/296GK201331366SQ20082023854
公開日2009年10月21日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者科 徐, 李太明 申請人:重慶迪洋儀表有限責任公司