基於開關網絡的低噪聲回波測距系統的製作方法
2023-09-21 08:21:20
專利名稱：基於開關網絡的低噪聲回波測距系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於電子測量技術領域，特別是提供了一種基於開關網絡的低噪聲回波測距系統，適用於大量程低噪聲超聲波測距。
背景技術：
現有的超聲波物位測量，一般採用標準晶片或者可編程晶片作為控制器，如中國專利02270240.7《一種超聲波測距裝置》和93211624.8《一種超聲波測距裝置》的專利中，由超聲波發射電路激勵超聲波換能器產生超聲發射信號，信號再經過放大，濾波，檢波等超聲信號處理，完成一次測距任務。該標準晶片為標準集成電路，可以產生一系列矩形脈衝波，脈衝波經過變壓器放大，在副邊輸出高壓，驅動探頭工作。超聲信號的回波經反射後由回波接收電路接收。此時回波信號為一個尖脈衝，再經過電路的整形，成為一個脈衝寬度為幾十個us的矩形脈衝。根據發射和接收脈衝的時間差即可測距。該電路的設計方法在工業現場實際使用時，由於收發電路中混入的多種電噪聲信號，再加上有時真實目標物回波信號較弱，經過運放和檢波整形，往往在回波區域出現多個矩形脈衝，系統難以識別真實有效脈衝信號的位置。因此該方法一般只適合在8米以內較為理想工況條件下的測距。
對於超過8米以上的測量範圍，中國專利01252714.9《容器定點液位的超聲波檢測儀》採用直流穩壓電源的升壓電路，進一步提高變壓器原邊的供電電壓，或者是增加變壓器的匝數，以提高輸出功率，增加探頭的激勵能量，這種方法依靠探頭激勵能量的增大，一般最遠測距為0-20米。該方法的缺點是伴隨激勵能量的增加，往往變壓器兩端的電壓噪聲，激勵電壓瞬間啟動的尖脈衝噪聲也增加，探頭在回波目標區內信噪比下降。同時由於電壓的加大，需要增大變壓器的功率，增加探頭的複合共振層數，因此系統結構設計趨於複雜，體積也相應增大。
中國專利95111535.9《偽隨機超聲波測距的方法及其測距儀》為提高測量距離，採用偽隨機信號發生器，通過事先設置不同的超聲波頻率，加載到超聲波探頭上，這種偽隨機脈衝序列長度和脈衝寬度是可變的。對於近距離測量，其採用發射短脈衝序列和窄脈寬，和遠離換能器諧振頻率的偽隨機信號。對於遠距離測量，採用換能器頻率等於激振頻率的方法獲得最大能量，並通過軟體的方法將接收到的信號與發射的偽隨機信號相比較，以完成回波信號的識別提取。這種偽隨機信號特徵提取回波信號，消除了噪聲，不受環境噪聲強度的限制，即使信號淹沒在環境噪聲中也能有效提取，該技術設置了門限電平攔阻噪聲，在攔截噪聲的同時，也攔截了遠距離的微弱回波信號，因而大大提高了超聲波探測儀的探測能力。上述的改變頻率的測量方式，其本質上是以相關法進行降噪的設計。根據相關法的特點，隨著採樣點的增多，降噪能力提高，這種方法需大量後繼的相關運算，一旦有幹擾，則整個相關算法即告失敗。
中國專利93223143.8《一種超聲波測距裝置》採用時序特徵信號的提取方法消除噪聲，提高信噪比。英國專利GB 2230608《Acoustic range finder for monitoring levelof material》採用了通過設定閾值消除一部分噪聲，以及在存儲器中事先記憶無效回波，等到有波形返回時，再減去這個無效波，即可減少幹擾，提高信號的信噪比。但是注意到所有這些方法都是一種基於軟體的去除噪聲的方法，它可以增加測量距離，但算法比較複雜。
但是我們希望如果能夠直接降低電平的本底噪聲，即使不採用複雜的算法，依然能夠有效地進行近距離和遠距離的測量。
中國專利02248586.4《超聲波測距儀》出現了根據檢測信號的強度進行電壓補償的思想，但這種補償是直接針對放大電路的，因此補償的電壓越強，噪聲也越大。
美國專利US6234017《transducer assembly》設計了一種超聲探頭的激勵裝置，包括了充放電裝置，電感線圈以及數個開關元件，它是一種採用硬體設計的測量方法。其設計思想(1)採用了電容作為儲能元件對探頭進行充放電的激勵，但是其儲能元件本身的能量不是連續可調的；(2)設置開關主要是用於電感元件的快速放電，防止探頭的尾波過長，開關本身隔離的作用並沒有體現出來。
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於開關網絡的低噪聲回波測距系統，實現了儲能元件能量的連續可調，以及開關本身在電路中良好的隔離作用。
本發明將儲能元件本身的能量設為連續可調，不僅能夠兼顧探頭測量距離的遠近；還根據回波的信號幅值，引入反饋的控制思想，根據回波的不同具體要求，設置儲能元件的儲能變化範圍；並將開關的隔離效果引入到電路設計中，充分體現開關網絡在充放電過程中良好的噪聲隔離作用。
本發明由一套低噪聲的能量球構成的超聲波發射電路，低噪聲接收電路，反饋控制電路和探頭部分構成。
對於探頭單發單收的超聲波發射電路，本電路的低噪聲開關網絡電路設計原理如圖1。
本發明中，考慮高低壓電路和高低頻電路混合設計帶來的電噪聲幹擾。獨立設計了4個隔離迴路。
迴路單元A的特徵在於採用高頻發射電路的自激振蕩控制方式。包括供電電源，電壓為5伏；自激振蕩器1，高頻開關S1，變壓器L構成迴路。通過高頻開關S1和變壓器迴路耦合，可以控制迴路B的充電電流。變壓器採用高頻變壓器繞組，其體積小，能量轉換效率高，自激振蕩器1的振蕩時間由控制器6確定。
迴路單元B的特徵在於是一種感應式充電迴路，由變壓器向儲能元件2持續充電，充電時間與迴路單元A自激振蕩時間相同。充電的幅值和能量由測量的距離和探頭有效負荷決定，應選探頭驅動電壓幅值的下限值，保證足夠的驅動電壓。
迴路單元C的特徵為一種高能放電激勵單元，開關S2將儲能元件2和外激式振蕩器3向探頭4提供持續的能量。此時加載在探頭上的激勵電壓為短時可控的高壓脈衝。
迴路單元D的特徵由探頭4和接收電路5構成一種低噪聲超聲波接收電路。接收電路5包括信號放大器，檢波和顯示接收部分。開關S3的特徵為一種採用低頻周期工作模式的開關，周期性的將接收信號送入放大處理電路。
反饋控制迴路中控制器6的特徵為一種採用單片機開關網絡的控制單元，根據採集回波模擬信號的幅值變化，分別反饋控制3個獨立迴路的開關。
本發明中發射電路與接收電路的特徵在於是一種4段隔離的電路，低壓激勵電路和高壓發射電路分開，高壓發射電路和低壓信號接收電路分開。這種分時和分區工作的網路開關結構，徹底切斷了發射環節的電噪聲對接收電路的影響，做到了「零噪聲」輸入。後繼超聲信號接收環節的信噪比得到增強。電路的測距能力得到提高。事實上，任何低頻，中頻或高頻電路或者電子器件，只要通電，就存在電噪聲，本設計從原理上關斷了部分噪聲電源。直接消除了產生電噪聲信號的基礎。該電路的設計明顯改善了測量信號的接收質量，在不需要改變探頭晶體共振層數的基礎上，提高了探頭的測距能力。
超聲波發射和接收時序特徵如圖2在時間段T1開始時，S1閉合，振蕩器1開始高頻振蕩，原邊振蕩電壓產生的激勵信號經高頻變壓器副邊，傳遞給儲能元件2，經過時間T1，儲能元件充電至預定值，充電電壓幅值與能量儲存單元的儲存容量是由控制器6確定的，它與S1閉合的時間成正比。
當儲能電壓達到預定電壓時，S1斷開，停止振蕩，然後在時間T2開始時，S2提供一個振蕩激勵信號，由儲能元件2通過外激振蕩器3向探頭提供振蕩能量，發射時間為T2，激勵探頭產生超聲波發射信號，該激勵頻率f與探頭的固有頻率相關，一般在聲頻範圍內。
激勵的脈衝數目N為T2/f，形成穩定的激勵後，有一個超聲波的盲區等待時間後，S1和S2斷開，S3閉合，在預定的測量時間T3內，接收電路開始接收回波信號。
當完成信號發射和接收處理後，完成一次測量周期。下一次的循環周期，再重新發射和接收信號。
圖中，儲能元件可以由電容，或其他儲能元件組成。
開關S1為高頻開關元件，頻率高低的選擇與激勵的效率，激勵單元體積有關係，頻率越高，則激勵單元體積越小。
開關S2為中頻開關元件，可以根據探頭的激勵頻率，調整電感參數以及控制信號的頻率，達到探頭的共振頻率。可以用可控矽，高速功率三極體或場效應管作為開關，電感兩端激勵電壓可以超過300V以上，激勵探頭後振幅可達1500V左右開關S3為一個低頻開關元件，可以採用模擬開關，控制接收的時間和接收的區域。如CD4066等，由於是低頻工作元件，不會產生高頻電磁幹擾，因此接收信號無雜波和電磁噪聲的幹擾。
回波測距系統的噪聲包括電路噪聲，環境噪聲和探頭噪聲，電路噪聲有前端電源噪聲，變壓器噪聲，儲能元件充放電的噪聲，運放的熱噪聲等。本發明的特徵在於電路設計為三路噪聲隔離的開關網絡結構，由於迴路單元A可以被開關徹底停止供電，理論上迴路單元A和迴路單元B的電噪聲為「零噪聲」，此時根據控制工程原理，一般稱為前項通道沉默；當後項通道開始在控制器的控制下，選擇前項通道為「零噪聲」區域，啟動模數轉換信號時，則探頭的輸入電噪聲信號為零；理論上，此時只存在探頭的機械結構中的機械噪聲和壓電噪聲，相比傳統的電路設計採用變壓器通道連接，存在較大的電路混合噪聲以及環境噪聲；本發明採用完全開關隔離網絡的電路設計，消除了前項通道對後項通道帶來的電噪聲累計效應。
三頻段網絡化的隔離開關設計，還減小了不同頻率段振蕩信號在空間上的相互電磁幹擾。
本發明中電路設計的低噪聲特徵還在於一種低噪聲激勵電源的設計。本發明給出了一種能夠連續調節探頭供給能量的「能量調節球」(energy adaptation ball，簡稱EAB)，它包括儲能元件2和外激振蕩器3組成，通過直接控制EAB的充電電壓，來控制發射能量。由於它本質上是一種開關積分電源，性能十分穩定，工作時自身無電噪聲。
EAB的工作特徵包括兩個過程儲能元件的充電過程，通常儲能元件的直流電壓為30V到300V可調；外激振蕩器3的周期振蕩，其作用相當於一個能量激發器，將儲能元件的能量瞬間釋放在探頭兩側，從而在探頭兩端激勵出比儲能元件自身電壓高3-5倍的脈衝電壓。幅值為90V到1500V可調，寬度為500ns到5μs。圖3為外激振蕩器的儲能單元的示意圖。
在起始充電的時間段T1時，設U1(t)為蓄能元件電壓，則經過時間T1後，U1(t)和U2(t)分別為儲能元件電壓和激勵電壓。圖中所示是設充電迴路為RC的串聯迴路，其輸入輸出滿足一階系統的傳輸特性，其傳遞函數G(S)=11+TS]]>則儲能元件兩端的儲能設為U則Uc(t)＝(1-e-T/τ)ul(t)，式中T＝RC，T是電路的時間常數。
在周期T2時，能量球在S2周期動作下，系統電壓被激發到U2(t)。則U2(t)＝kU1(t)，k為激振倍數。設此時設儲能元件為電感L向R，C放電，其輸入輸出滿足二階系統的傳輸特性，其傳遞函數為G(S)=n2S2+2S+n2]]>其中n=1LC;]]>=12RLC]]>則系統能量E的衰減服從二階振蕩系統指數衰減規律。則儲能元件兩端電壓為 其中d=n1-2;]]> 上述儲能元件的儲能容量及電壓變化與該儲能元件物理特性及放電電路有關。儲能趨勢曲線E1和E2分別表示在不同的充電控制時間下，儲能元件的能量隨系統放電的周期變化而下降的過程，隨時間的變化，EAB能量逐步降低，經過一段的放電時間後，EAB停止工作，系統等待進入下一個循環。
在T1』時間段和T2』時間段，系統將在原來電壓的基礎上，被充電到新的電壓，獲得新的能量，S2的頻率變化影響和控制著激振幅值的大小。
本發明的特徵在於一種基於開關網絡的低噪聲電路設計，各個迴路具有完全隔離的分時，分區和分頻段工作的特點。完全獨立的電路設計，減少了電噪聲之間的相互幹擾。能量從激勵到發射，到接收的過程在時間軸上是位於不同的時間段，接收信號不會受到發射信號的幹擾；開關網絡的動作頻率設計為高低中頻完全不同的頻段，各頻段的電磁幹擾在電磁空間上很容易被濾波消除。
本發明的優點在於可連續調節的反饋式儲能單元「能量調節球」，該能量球具有超聲能量存儲和高壓激發的特點，可根據回波信號的強度反饋控制開關的閉合時間來控制儲能的大小；能量球儲能的大小可以調節超聲波的測量距離，兼顧遠距離和近距離的測量，實現了探頭連續能量的自動增益控制，提高了系統的信噪比，解決了擴大量程與減少盲區這一對矛盾，實現了超聲波常態功率發射條件下對各種困難信號的穩定接收。
本發明實現了自由靈活的量程調整；該能量球可以是一種多能量球的並聯激勵裝置；完全獨立的能量球可以在外界開關完全斷開的情況下，對探頭進行激勵，該設計替代了傳統的變壓器的能量激勵，直接減少了外界電源波動，電源噪聲對激勵電路的幹擾，提高了信噪比。
圖1是本發明的低噪聲開關網絡的低噪聲回波電路示意2是本發明的超聲波發射和接收時序3是本發明的儲能元件的EBA能量示意4是本發明的超聲波測距系統的增益控制實施結構示意圖具體實施方式
圖4為一種基於單發單收的超聲波測量系統，作為開關網絡結構設計的一種具體電路實施，本發明的特徵在於發射部分包含一個低壓直流電源，能量球EAB激勵部分，通過開關切換到達探頭；低噪聲接收電路5包括兩個運算放大器K1(7)和K2(8)，加上檢波單元9，檢波輸出端檢測點10，回波調理信號輸出端11。檢測點10的電壓被引到單片機控制系統6，構成回波系統的增益反饋控制，由單片機控制EAB和可編程放大器K2。系統的開關順序S1，S2和S3的動作時序與圖2相同。其內部的自動增益控制由監測點採集到的數值，傳遞到單片機中，單片機內部建立了模型算法。
模型算法的特徵(1)在程控放大器K1增益係數為1時，調節能量球為一個標準充電時間T1，此時檢測回波幅值，如果無回波，首先增大能量球的充電時間，到最高值時，如果還沒有回波，則將放大係數改為10倍，再依次增加放大倍數，直到放大倍數為1000，能量最大為止。
(2)待系統測量穩定後，程序記憶程控放大器K1的增益係數，只在能量球的附近進行能量調整；對於大量程的測量，放大倍數從10或者100開始。
(3)整個系統程序調節過程，以能量調節為優先，因為能量的變化理論上無電噪聲幹擾，而放大器的幹擾隨放大倍數增加而增加。本模型算法的特徵是基於能量調節優先，放大倍數順序遞增。
實際電路的設計，考慮了回波測距系統的特點即回波信號的質量主要取決於被測對象表面形狀的密度，形狀，距離的遠近等。尤其對量程較大的回波測量中，真實回波信號的幅值變化表現的較為強烈，並伴有大量的電幹擾信號和外界環境幹擾。因此接收電路的增益控制必須有較強的適應能力。
設Uout和Uin分別為發射系統的輸出電壓以及接收系統的輸入電壓，則(p,t,s)=UoutUin,]]>ψ(p，t，s)是表示超聲波接收電壓的衰減與測量介質的壓力和溫度以及測量距離有關的函數。設經過兩級放大器後，回波信號幅值為Φ(t)，考慮到幅值必須在平均電噪聲信號和單片機最大輸入電壓之間，因此滿足Φ2(t)≤Φ(t)≤Φ1(t)，其中Φ(t)＝K1K2Uout，K1和K2分別為兩級運放的放大係數。則有
Φ2(t)≤K1K2Uin(t)ψ(p，t，s)≤Φ1(t)，移項後有1K1K2(p,t,s)2(t)Uin(t)1K1K2(p,t,s)1(t)]]>由E=12CUin2,]]>則理論上ENB的能量範圍為C2K12K222(p,t,s)22(t)EC2K12K222(p,t,s)12(t)]]>由此可見，本發明中能量球的特徵在於能量的變化是一個連續的過程，它的控制範圍取決於儲能元件自身的物理參數，測量的環境和運放的倍數以及測量裝置。能量和儲能元件成線性比例關係，和放大倍數的平方成反比，因此能量的反饋調節在固定放大倍數的前提下，直接和儲能元件的儲能調節相關。
本發明的增益控制系統在保證能量調節優先，放大倍數順序遞增的原則下，設計了一套單片機分段控制程序，通過控制反饋迴路的開關閉合時間，調節和修正儲能元件的能量E，從而改變探頭的激勵電壓，動態控制輸出脈衝信號的幅值，使回波信號始終自動保持在一個合理的範圍內。
傳統的方法是當超聲波回波信號的幅值經常發生很大變化時，採用可編程運算放大器，根據回波大小分級給出放大倍數，一般為1倍，10倍，100倍和1000倍四種，沒有連續可調的餘地，從上面推導的公式看出，運用本發明中EAB連續調節激勵電壓的方法，可以實現波信號幅值的連續調節，如果再配合分級程控放大電路，則系統的調節範圍將有較大的提高。
對於近距離的測量，本發明採用能量球減小發射能量的方法，而不是採用專利95111535.9《偽隨機超聲波測距的方法及其測距儀》中偏移共振頻率點的方法實現距離的調節，偏移探頭的共振頻率不方便控制，稍有誤差，就會出現探頭振幅的很大變化。而本發明通過減小探頭的供應能量，間接的可以通過調節開關的閉合時間來控制能量的大小，採用單片機控制，在實際操作中，很容易實現。
本發明在回波信號輸入電路的輸入端，增加了兩個過壓二極體監測電路，其特徵在於一方面防止過電壓對運放的衝擊，保護運放，同時控制器通過比較電路識別輸入的電壓，如果電壓飽和，系統自動降低激勵電壓，信號過弱，則系統自動增大激勵電壓，整個過程配合程控運放工作，由控制器內部的程序實現自動切換。
傳統的抑制幹擾的措施一般是運算放大器加濾波電路的方法。而本發明的EAB法，沒有了外界的低頻中頻或高頻電信號幹擾，其本質是一個基於開關網絡的分時和分區的低幹擾激勵單元，它的噪聲只和充電元件自身的物理特性有關。同時由於EAB電壓連續調節範圍較大，因此只需要採用兩路運放設計，一級低噪聲調理放大器和一級可編程放大器，減小了傳統電路設計中多運放環節帶來的自身噪聲。
本發明中，根據能量的需要，還可以採用多級EAB並聯的方式，各EAB的大小可以不同，可以分別對應於近距離和遠距離測量的需要。智能化的控制程序一般可以保證系統在0-60米的測量範圍內，自動識別回波，實現任意區間內的自動量程轉換。
用示波器觀察回波，發現該電路在信號輸出端本底噪聲相同條件下，噪聲輸出比傳統的非隔離式電路減小一個數量級左右。實測為0-20米的測量範圍，採用示波器觀察發現採用該低噪聲電路設計，不需要提高激勵電壓，就可以獲得很好的回波信號。尤其是對固態物料表面的回波微弱信號問題，仍然具有較強的回波。由此看見，基於開關網絡設計的低噪聲電路的信噪比得到改善。
當進一步加大測量距離，如0-40米和0-60米時，系統距離顯示正確，沒有明顯的數值波動。由於系統本身信噪比較低，因此在系統自身進行增益調節時，回波信號仍然有足夠的信噪比，但必須注意的是，系統信噪比的提高，並不能保證接收範圍無限增加，因為存在探頭本身的機械阻尼結構和接收電路自身的電噪聲。對於超過60米以上的測距，可以提高激勵能量和改變探頭結構，本發明中開關隔離電路的低噪聲設計原理不變。
權利要求
1.一種基於開關網絡的低噪聲回波測距系統，其特徵在於由一套低噪聲的能量球構成的超聲波發射電路，低噪聲接收電路，反饋控制電路和探頭構成。
2.按照權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的低噪聲開關網絡電路包括4個隔離迴路單元a、迴路單元A採用高頻發射電路的自激振蕩控制方式，包括供電電源，電壓為5伏；自激振蕩器1，高頻開關S1，變壓器L構成迴路；通過高頻開關S1和變壓器迴路耦合，可以控制迴路單元B的充電電流；變壓器採用高頻變壓器繞組，自激振蕩器1的振蕩時間由控制器6確定；b、迴路單元B是一種感應式充電迴路，由變壓器向儲能元件2持續充電，充電時間與迴路單元A自激振蕩時間相同；充電的幅值和能量由測量的距離和探頭有效負荷決定，應選探頭驅動電壓幅值的下限值，保證足夠的驅動電壓；c、迴路單元C為一種高能放電激勵單元，開關S2將儲能元件2和外激式振蕩器3向探頭4提供持續的能量；此時加載在探頭上的激勵電壓為短時可控的高壓脈衝；d、迴路單元D由探頭4和接收電路5構成一種低噪聲超聲波接收電路；接收電路5包括信號放大器，檢波和顯示接收部分；開關S3為一種採用低頻周期工作模式的開關，周期性的將接收信號送入放大處理電路。
3.按照權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的反饋控制迴路中控制器6為一種採用單片機開關網絡的控制單元，根據採集回波模擬信號的幅值變化，分別反饋控制3個獨立迴路的開關。
4.按照權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的超聲波發射電路，低噪聲接收電路是一種4段隔離的電路，低壓激勵電路和高壓發射電路分開，高壓發射電路和低壓信號接收電路分開；這種分時和分區工作的網路開關結構，徹底切斷了發射環節的電噪聲對接收電路的影響，做到了「零噪聲」輸入；後繼超聲信號接收環節的信噪比得到增強，電路的測距能力得到提高。
5.按照權利要求1所述的系統，其特徵在於所述的探頭為單發單收的超聲波發射電路，超聲波發射和接收時序為a、在時間段T1開始時，S1閉合，振蕩器1開始高頻振蕩，原邊振蕩電壓產生的激勵信號經高頻變壓器副邊，傳遞給儲能元件2，經過時間T1，儲能元件充電至預定值，充電電壓幅值是由控制器6確定的，它與S1閉合的時間成正比；b、當儲能電壓達到預定電壓時，S1斷開，停止振蕩，然後在時間T2開始時，S2提供一個振蕩激勵信號，由儲能元件2通過外激振蕩器3向探頭提供振蕩能量，發射時間為T2，激勵探頭產生超聲波發射信號，該激勵頻率f與探頭的固有頻率相關，一般在聲頻範圍內；c、激勵的脈衝數目N為T2/f，形成穩定的激勵後，有一個超聲波的盲區等待時間後，S1和S2斷開，S3閉合，在預定的測量時間T3內，接收電路開始接收回波信號；當完成信號發射和接收處理後，完成一次測量周期，下一次的循環周期，再重新發射和接收信號；d、儲能元件由電容，或其他儲能元件組成；開關S1為高頻開關元件，開關S2為中頻開關元件，用可控矽，高速功率三極體或場效應管作為開關，開關S3為一個低頻開關元件，採用模擬開關，控制接收的時間和接收的區域。
6.按照權利要求1或4所述的系統，其特徵在於採用低噪聲激勵電源的設計，給出了一種能夠連續調節探頭供給能量的「能量調節球」EAB，它包括儲能元件2和外激振蕩器3組成。作為蓄能元件，通過直接控制EAB的充電電壓，來控制發射能量；EAB的工作包括兩個過程儲能元件的充電過程，通常儲能元件的直流電壓為30V到300V可調；外激振蕩器3的周期振蕩，其作用相當於一個能量激發器，將儲能元件的能量瞬間釋放在探頭兩側，從而在探頭兩端激勵出比儲能元件自身電壓高3-5倍的脈衝電壓；幅值為300V到1500V，寬度為500ns到5μs。
全文摘要
本發明提供了一種基於開關網絡的低噪聲回波測距系統，由一套低噪聲的能量球構成的超聲波發射電路，低噪聲接收電路，反饋控制電路和探頭構成。超聲波的電路結構設計為一種分時，分區和分頻的開關隔離式的網絡化電路結構，同現有技術相比，能徹底切斷髮射電路和其他電幹擾信號對接收電路的電噪聲影響，擴大了低噪聲回波測距系統的測量範圍；可連續調節的反饋式儲能單元「能量調節球」，具有超聲能量存儲和高壓激發的特點，實現了探頭連續能量的自動增益控制，提高了系統的信噪比，解決了擴大量程與減少盲區這一對矛盾，實現了超聲波常態功率發射條件下對各種困難信號的穩定接收。
文檔編號G01S15/08GK1601299SQ20041000970
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月25日 優先權日2004年10月25日
發明者陳先中 申請人:北京科技大學