一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路的製作方法
2023-05-17 20:20:26 3
專利名稱：一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及有源超聲波探頭電路領域，具體涉及一種用雙股線傳輸信號的有 源超聲波探頭電路。
背景技術：
目前，超聲波探頭一般分為無源超聲波探頭和有源超聲波探頭。有源超聲波探頭 的工作原理是主機信號發射電路將主機發射的信號通過變壓器傳送到傳感器，由傳感器 輸出；傳感器接收到反射回來的微小信號，經過信號放大器放大，再傳送到主機對該信號進 行處理。在這個過程中，主機發射信號和傳感器接收信號，如果處理不慎，兩信號即會發生 信號的相互幹擾，降低有源超聲波探頭的可靠性。為解決這個問題，現有技術一般採用屏蔽 線和集成電路設計此電路，成本高而且抗幹擾效果不好。
實用新型內容本實用新型的目的之一在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種更簡單、適用 的用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，其無需採用屏蔽線傳輸，而且電路簡單，成本 低且抗幹擾性好。本實用新型的目的通過下述技術方案實現一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波 探頭電路，包括超聲波傳感器、傳感器信號接收放大電路、工作電源產生電路與主機信號發 射電路；工作電源產生電路分別給所述各電路供電，主機信號發射電路的輸出端連接傳感 器發射超聲波信號；傳感器的反射回波輸出端接入信號接收放大電路輸入端；所述工作電源產生電路的輸入端、傳感器信號接收放大電路的輸出端與主機信號 發射電路的輸入端為同一端通過普通雙股線的其中一股連接主機中的對應輸入/輸出端 口，雙股線的另一股連接於主機與所述各電路的共地之間；所述主機信號發射電路包括穩壓二極體D3、隔直電容C9、電阻R3、三極體Q1、變壓 器Tl、電阻R1、二極體D8與電阻R4，穩壓二極體D3的陰極為主機信號發射電路輸入端，穩 壓二極體D3的陽極經隔直電容C9、電阻R3接三極體Ql的基極，三極體Ql的發射極接地， 三極體Ql的集電極接變壓器Tl的初級繞組一端，初級繞組另一端經電阻Rl工作電源產生 電路的輸出端，變壓器Tl的次級輸出接傳感器；二極體D8的陰極接電容C9與電阻R3之 間，二極體D8的陽極接地；電阻R4並在二極體D8兩端。所述傳感器信號接收放大電路包括放大器、二極體D4和電阻R14，放大器的輸入 端經耦合接入傳感器的反射回波信號，放大器的輸出端連接二極體D4的陽極，二極體D4的 陰極通過電阻R14接地，二極體D4的陰極為該接收放大電路連接主機的輸出端，反相二極 管D4隔斷主機輸出的高電壓和發射信號，向主機傳輸傳感器接收的信號。所述電源產生電路包括二極體Dl和充電電容C2，二極體Dl的陽極連接主機的輸 入端，二極體Dl的陰極經充電電容C2接地，充電電容C2兩端電壓為工作電源；二極體Dl 利用主機輸出高電平給電容C2充電，電容C2上產生電源Vcc。[0009]所述充電電容C2的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓都高於傳感器信號接收放 大電路的輸出信號電平。所述信號放大器採用二級以上相同的電晶體放大電路組成，每級放大電路之間連 接有隔直電容；每級放大電路包括一個三極體、兩個電阻，三極體的基極接輸入，三極體的 發射極接地，三極體的基極與集電極之間連接一個電阻，三極體的集電極連接另一個電阻 到工作電源；所述二級以上放大電路的放大倍數滿足所述充電電容C2的高電平和穩壓二 極管D3的導通電壓都高於運算放大器的輸出信號電平。所述三級電晶體放大電路中第一級三極體的集電極和基極之間連接負反饋電容 C3，用於高頻濾波，防止自激振蕩。所述三級電晶體放大電路中每級三極體的發射極和基極之間連接二極體，其中二 極管的陽極接電晶體的發射極，二極體的陰極接電晶體的基極，用於每級放大電路中隔直 電容的反向放電。所述信號放大器採用運算放大器，運算放大器的放大倍數滿足所述充電電容C2 的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓都高於運算放大器的輸出信號電平。本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果1、本實用新型設計的主機信號發射電路和傳感器信號接收電路，由於電路設計的 特殊性能夠在雙股線上分時雙向傳輸發射和接收信號以及提供電壓。各自的信號不會竄 路，大大提高了有源超聲波探頭的抗幹擾性。2、本實用新型設計的主機信號發射電路和傳感器信號接收電路，製造過程中，無 需採用屏蔽線，普通的雙股線就能滿足要求，降低了製造成本。3、本實用新型設計的電源產生電路，利用主機本身輸出的高平電充電，然後供電 給內部的變壓器和信號放大器，不需額外設計供電電池環節，不僅節約能源保護環境，而且 有效清除主機發射信號的幹擾，提高有源超聲波探頭的發射信號的可靠性。4、本實用新型設計的信號放大器電路，其在信號放大過程中，有效清除傳感器接 收的高頻電等雜質，同樣，提高了有源超聲波探頭傳感器接收信號的可靠性。
圖1是本實用新型用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路的電路原理圖。圖2是本實用新型用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路的信號放大器的電 路原理圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施 方式不限於此。如圖1所示，一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，包括超聲波傳感器、 傳感器信號接收放大電路、變壓器、工作電源產生電路與主機信號發射電路；工作電源產生 電路分別給所述各電路供電，主機信號發射電路的輸出端連接傳感器發射超聲波信號；傳 感器的反射回波輸出端接入信號接收放大電路輸入端；工作電源產生電路的輸入端、傳感 器信號接收放大電路的輸出端與主機信號發射電路的輸入端為同一端通過普通雙股線的其中一股連接主機中的對應輸入/輸出埠，雙股線的另一股連接於主機與所述各電路的 共地之間。上述主機信號發射電路包括穩壓二極體D3、隔直電容C9、電阻R3、三極體Q1、變壓 器Tl、電阻R1、二極體D8與電阻R4，穩壓二極體D3的陰極為主機信號發射電路輸入端，穩 壓二極體D3的陽極經隔直電容C9、電阻R3接三極體Ql的基極，三極體Ql的發射極接地， 三極體Ql的集電極接變壓器Tl的初級繞組一端，初級繞組另一端經電阻Rl工作電源產生 電路的輸出端，變壓器Tl的次級輸出接傳感器；二極體D8的陰極接電容C9與電阻R3之間， 二極體D8的陽極接地；電阻R4並在二極體D8兩端；上述二極體Dl和D8的型號為4148， 二極體D4的型號為IN4148，三極體Ql的型號為8050 ；變壓器的型號為TRANS5。上述傳感器信號接收放大電路包括放大器、二極體D4和電阻R14，放大器的輸入 端經電阻R2、電容Cl耦合接入傳感器輸出的反射回波信號，放大器的輸出端連接二極體D4 的陽極，二極體D4的陰極通過電阻R14接地，二極體D4的陰極為該接收放大電路連接主機 的輸出端，反相二極體D4隔斷主機輸出的高電頻和發射信號，向主機傳輸傳感器接收的信 號。電源產生電路包括二極體Dl和充電電容C2，二極體Dl的陽極連接主機的輸入端， 二極體Dl的陰極經充電電容C2接地，充電電容C2兩端電壓為工作電源；二極體Dl利用主 機輸出高電平給電容C2充電，電容C2上產生電源Vcc。充電電容C2的高電平和穩壓二極 管D3的導通電壓都高於傳感器信號接收放大電路的輸出信號電平。如圖2所示，為本實用新型用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路的信號放大 器的電路原理圖，本實施例信號放大器採用三級相同的電晶體放大電路組成，每級放大電 路之間連接有隔直電容，如三極體Q2與三極體Q3之間接入C4，三極體Q3與三極體Q4之間 接入C7 ；每級放大電路包括一個三極體、兩個電阻，如三極體Q2、電阻R7與R6組成第一級 放大電路，三極體Q3、電阻Rl3與RlO組成第二級放大電路，三極體Q4、電阻Rll與R12組 成第三級放大電路。三極體Q2的基極接信號輸入端，三極體的發射極接地，三極體的基極 與集電極之間連接一個電阻，如三極體Q2基極與集電極之間連電阻R7，三極體Q4基極與集 電極之間連電阻R12，三極體Q3基極與集電極之間連電阻R13，三極體的集電極連接另一個 電阻到工作電源，如三極體Q2的集電極連接電阻R6到工作電源VCC，三極體Q3的集電極連 接電阻RlO到工作電源VCC，三極體Q4的集電極連接電阻Rll到工作電源VCC ；放大電路的 總放大倍數要滿足充電電容C2的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓都高於運算放大器的 輸出信號電平。在三級電晶體放大電路中第一級三極體Q2的集電極和基極之間還連接負反饋電 容C3，用於高頻濾波，防止自激振蕩。在每級三極體的發射極和基極之間還連接二極體，如 三極體Q2的發射極和基極之間連接二極體D2，三極體Q3的發射極和基極之間連接二極體 D5，三極體Q4的發射極和基極之間連接二極體D6，其中，二極體D2、D5與D6的陽極分別接 三極體Q2、Q3與Q4的發射極，二極體D2、D5與D6的陰極接三極體Q2、Q3與Q4的基極，用 於每級放大電路中隔直電容的反向放電。上述信號放大器也可二級、或三級以上相同電晶體放大電路組成，或者採用運算 放大器；只要其放大倍數滿足所述充電電容C2的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓都高 於運算放大器的輸出信號電平，可以實現相同的效果。[0029]本實用新型具體工作原理是當主機輸出高電平信號時，電源產生電路的二極體 Dl利用主機輸出高電平給電容C2充電，電容C2上產生電源Vcc ；因二極體D4的反相作用， 故主機輸出的高電平不會輸向傳感器信號接收放大電路；電容C2上產生電源Vcc後，主機 信號發射電路工作，當主機輸出電信號時，因電容C2上為高電平，再加上反相二極體D4的 反相作用，信號只會經主機信號發射電路輸向傳感器S，由超聲波傳感器S發射輸出。發射 信號經穩壓二極體D3、電容C9、電阻R3到三極體Q1，由三極體Q驅動變壓器Tl升壓到傳感 器S發射出超聲波。當傳感器S的C0N2埠接收發射回波信號時，因C2的高電平和D3的導通電壓都 高於傳感器信號接收放大電路的信號電平，故放大後的信號只會通過二極體D4輸向主機， 不會被衰減，最後，主機進行相關信號處理。信號放大過程中，傳感器S接收的信號經耦合電阻R2和耦合電容Cl後接入三級 放大器的第一級放大電路，信號進行三級放大後，但此時該信號的電平不會高於充電電容 C2的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓，最後，電流信號流向二極體D4，向主機傳送放大 後的電流信號。因此本實用新型無需採用屏蔽線，只需普通雙股線來完成信號傳輸，可見此電路 簡單成本低廉。上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式並不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，包括超聲波傳感器、傳感器信號接 收放大電路、變壓器、工作電源產生電路與主機信號發射電路；工作電源產生電路分別給所 述各電路供電，主機信號發射電路的輸出端連接傳感器發射超聲波信號；傳感器的反射回 波輸出端接入信號接收放大電路輸入端；其特徵在於，所述工作電源產生電路的輸入端、傳感器信號接收放大電路的輸出端與主機信號發射 電路的輸入端為同一端通過普通雙股線的其中一股連接主機中的對應輸入/輸出埠，雙 股線的另一股連接於主機與所述各電路的共地之間；所述主機信號發射電路包括穩壓二極體D3、隔直電容C9、電阻R3、三極體Q1、變壓器 Tl、電阻R1、二極體D8與電阻R4，穩壓二極體D3的陰極為主機信號發射電路輸入端，穩壓 二極體D3的陽極經隔直電容C9、電阻R3接三極體Ql的基極，三極體Ql的發射極接地，三 極管Ql的集電極接變壓器Tl的初級繞組一端，初級繞組另一端經電阻Rl工作電源產生電 路的輸出端，變壓器Tl的次級輸出接傳感器；二極體D8的陰極接電容C9與電阻R3之間， 二極體D8的陽極接地；電阻R4並在二極體D8兩端；所述傳感器信號接收放大電路包括放大器、二極體D4和電阻R14，放大器的輸入端耦 合接入傳感器的反射回波信號，放大器的輸出端連接二極體D4的陽極，二極體D4的陰極通 過電阻R14接地，二極體D4的陰極為該接收放大電路連接主機的輸出端，反相二極體D4隔 斷主機輸出的高電平和發射信號，向主機傳輸傳感器接收的信號；所述電源產生電路包括二極體Dl和充電電容C2，二極體Dl的陽極連接主機的輸入端， 二極體Dl的陰極經充電電容C2接地，充電電容C2兩端電壓為工作電源；二極體Dl利用主 機輸出高電頻給電容C2充電，電容C2上產生電源Vcc ；所述充電電容C2的高電平和穩壓二極體D3的導通電壓都高於傳感器信號接收放大電 路的輸出信號電平。
2.根據權利要求1所述的用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，其特徵在於，所 述信號放大器採用二級以上相同的電晶體放大電路組成，每級放大電路之間連接有隔直電 容；每級放大電路包括一個三極體、兩個電阻，三極體的基極接輸入，三極體的發射極接地， 三極體的基極與集電極之間連接一個電阻，三極體的集電極連接另一個電阻到工作電源； 所述二級以上放大電路的放大倍數滿足所述充電電容C2的高電平和穩壓二極體D3的導通 電壓都高於運算放大器的輸出信號電平。
3.根據權利要求2所述的用普通雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，其特徵在 於，所述三級電晶體放大電路中第一級三極體的集電極和基極之間連接負反饋電容C3，用 於高頻濾波，防止自激振蕩。
4.根據權利要求2所述的用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，其特徵在於，所 述三級電晶體放大電路中每級三極體的發射極和基極之間連接二極體，其中二極體的陽極 接電晶體的發射極，二極體的陰極接電晶體的基極，用於每級放大電路中隔直電容的反向 放電。
5.根據權利要求1所述的用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，其特徵在於，所 述信號放大器採用運算放大器，運算放大器的放大倍數滿足所述充電電容C2的高電平和 穩壓二極體D3的導通電壓都高於運算放大器的輸出信號電平。
專利摘要本實用新型公開了一種用雙股線傳輸信號的有源超聲波探頭電路，包括超聲波傳感器、傳感器信號接收放大電路、變壓器、工作電源產生電路與主機信號發射電路；工作電源產生電路分別給所述各電路供電，主機信號發射電路的輸出端連接傳感器發射超聲波信號；傳感器的反射回波輸出端接入信號接收放大電路輸入端；工作電源產生電路的輸入端、傳感器信號接收放大電路的輸出端與主機信號發射電路的輸入端為同一端通過普通雙股線的其中一股連接主機中的對應輸入/輸出埠，雙股線的另一股連接於主機與所述各電路的共地之間。本實用新型採用簡單的電路，且無需採用屏蔽線，只需普通雙股線來完成電路，既有效提高了有源超聲波探頭電路的可靠性，且電路簡單、成本低且抗幹擾性好。
文檔編號H04B3/20GK201780373SQ201020286770
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者黃國全 申請人:廣州市奇艦達電子有限公司