超聲波多普勒測(cè)管道流速流量的發(fā)射接收電路以及其信號(hào)處理等設(shè)計(jì)(專業(yè)版)
【正文】 這樣便可以通過(guò)控制時(shí)鐘信號(hào)的頻率來(lái)控制A/D采樣的頻率。由于采用一般運(yùn)放，一級(jí)放大倍數(shù)不能過(guò)高，因此設(shè)計(jì)了兩級(jí)放大。石英晶體振蕩電路隨時(shí)間和溫度的漂移要小很多，具有很高的穩(wěn)定性和品質(zhì)因數(shù)、很小的頻率誤差，因此采用石英晶體振蕩電路產(chǎn)生所需正弦波。 平均多普勒頻移Δf可以表示為：晶片直徑的選擇需考慮以下因素：●晶片直徑D增加，半擴(kuò)散角減小，聲束指向性變好，聲能集中，對(duì)檢測(cè)有利；●晶片直徑D增加，輻射的聲能大，換能器擴(kuò)散區(qū)掃查范圍大，遠(yuǎn)距離掃查范圍相對(duì)變??；如上所述，換能器晶片直徑對(duì)聲束指向性、遠(yuǎn)距離掃查范圍都有較大的影響。因此，應(yīng)綜合考慮，選擇適中的頻率。 由上可知，該流量計(jì)測(cè)得的多普勒頻移信號(hào)僅反映了信息窗區(qū)域內(nèi)的流體速度，因此要求信息窗應(yīng)位于管渠內(nèi)接近平均流速的部位，才能使其測(cè)量值反映管渠內(nèi)流體的平均流速。該低通濾波器低頻增益為1。芯片內(nèi)部設(shè)有電壓基準(zhǔn)電路，如果想改變參考電壓的范圍可以外接電壓基準(zhǔn)芯片，其輸入電壓的范圍在0－5V。測(cè)量相對(duì)誤差為： 式（4－14）為了提高測(cè)量精度，要降低采樣頻率，增加采樣點(diǎn)數(shù)。由于A/D轉(zhuǎn)換的輸入要求在0－5V，因此對(duì)輸出信號(hào)加了偏置電壓（）用以抬高輸出信號(hào)的直流電平，使輸出信號(hào)幅度在0－5V之間，滿足后級(jí)A/D要求。，電感L1與C31電容組成LC并聯(lián)諧振回路，作為三極管的集電極負(fù)載。 式中Δf——信息窗內(nèi)所有反射粒子的多普勒頻移的平均值；課題選用其中的壓電陶瓷超聲換能器，有壓電性能好，生產(chǎn)和機(jī)械加工方便等優(yōu)點(diǎn)，在各種超聲檢測(cè)中都有廣泛的應(yīng)用。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以通過(guò)測(cè)量頻率差就可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體流量，如圖3。超聲波多普勒流量計(jì)的換能器通常采用收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，見圖4。，回波信號(hào)（頻率為）經(jīng)選頻放大后送至差分放大器，基準(zhǔn)信號(hào)（頻率為）由前述超聲波發(fā)射電路提供，用于控制恒流源電流，實(shí)現(xiàn)放大后的回波信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)相乘，同時(shí)抑制本振信號(hào)，具有負(fù)反饋電阻的鏡像恒流源電路是為展寬動(dòng)態(tài)范圍而設(shè)，差分放大器的輸出信號(hào)中含有兩種頻率成分：＋及－，后者即為多普勒頻移。鑒于以上考慮，系統(tǒng)采用AD公司生產(chǎn)的并行高速A/D芯片AD9221，12位的分辨率，完全可以滿足系統(tǒng)對(duì)精度和速度
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