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超聲波液體流量計的二合一前置預處理
發布時間：2017-09-01
在眾多的電子設備中，尤其是在測量、監測及控制系統中，越來越多地使用了傳感器。傳感器輸出的模擬信號往往比較弱，而且常常伴有噪聲或突發性干擾沖。為此.必須對傳感器接收的信號進行前置預處理，以實現信號的放大、濾波和幅度控制，供后置電路進行信息處理。在同時具有發射與接收的電路系統中，發射傳感器與接收傳感器通常是分開專用的.即一個傳感器專門用來發射，另一個傳感器則專管接收。但在某些電子設備中.如超聲波液體流量計，其發射和接收要求用兩個傳感器按一定的周期交林地進行。對這樣的電路，如果將兩個傳感器接收的信號分另lJ進行放大處理.不僅會使電路變得復雜.而目_電路的一致性、可靠性也將隨著元器件的增多而降低。本文介紹一種前置預處理電路，它可將兩路傳感器接收的信號合為一路進行信號的放大、濾波與自動增益控制。
2 基本考慮和原理框圖
設兩路傳感器按一定周期交替地進行發射與接收，即傳感器1發射時.傳感器2進行接收;傳感器2發射時，傳感器1進行接收。因傳感器l，2不是同時接收信號，它們接收到的信號在時間上是“串行”而非“并行”的，所以在不需要判斷信號是哪一個傳感器接收的情況卜.可將兩路信號合在一起處理;而在需要對信號進行識另l時.只要用控制傳感器交替收發的周期信號op對電路進行控制.就能方便地把兩路信號分開。圖l為電路總體框圖，給出了信號的前置放大與自動增益控制流程。兩個傳感器接收到的信號經輸入保護電路送入前放.在門信號控制下分時放大井合成一路輸出至自動增益放大器，然后經濾波選出有用的信號再次進行放大.得到一定幅值的信號。該信號一方面送入后面的處理電路進行信號處理，另一方而送入比較電路.并將比較結果送入自動增益控制電路，產生一個隨信號幅值變化的直流電平，用于控制自動增益放大電路的放大倍數。
3 主要器件和電路
1 單片中頻放大器Mc1350
集成電路MC1350常作為中放用于收音機和電視機電路中。它的放大倍數受一外加電壓控制。當外加電壓升高時.放大倍數減小，反之則增大.白動增益(AGC)動態范圍可達60dB。在整個AGC范圍內具有穩定的輸入導納與輸出導納。MC135。的兩個輸入端可由變壓器驅動.但無論是單端輸入還是差動輸入.輸入端與地之間不允許有直流通路。兩個輸出端則通過一個具有中心抽頭的線圈來供電。輸出端電源可以與Mcl350共用一個十1Zv電源，但為使輸出導納保持穩定，最好另用一個獨立的+lsv電源。
2 門控雙通道輸入寬帶放大器Mc，445
MC1445是一個通用的門控寬帶放大器.其典型應用有:視頻升關、讀出放大器、多路轉換器、調幅器、移頻鍵控電路、限幅器，八GC電路、脈沖放大器等。主要性能是寬頻帶50Mllz(典型值).通道選擇時問20ns，差動輸入、差動輸出。
3 帶輸入保護的門控前放
為使兩路傳感器所接收的信號合成一路輸出，根據上面的設計思想，可以選用門控雙通道輸入寬帶放大器MC1445。圖3為用Mc1445構成的前置放大電路。
兩路傳感器接收的信號分別經輸入保護電路送入MC1445。這里采用控制傳感器交替收發的周期信號OP作為其門控信號。當oP為高電平時.傳感器l發射，傳感器2接收.這時MCI445內部的運放A工作，將傳感器2所接收的信號放大.并輸出到自動增益控制放大器中;當OP為低電平時.傳感器2發射.傳感器l接收.運放B工作.傳感器1的接收信號被放大。
4 自動增益放大器
信號傳播媒介的不同或變化，兩傳感器之間距離的不同，外界環境的變化.以及其他一些干擾因素等，都會使傳感器接收的信號強度產生大的變化和起伏。而信號的終端處理電路只能處理幅度變化不大的信號，信號過強過弱或忽大忽小都將使終端處理電路無法正常工作。為了讓電路在一定的電源電壓下能適應信號的大動態范圍，就必須有高性能的動態范圍壓縮處理.也就是說需要對接收信號進行自動增益控制.使得輸入信號的幅值變化范圍很大時.能夠嚴格地控制放大器的增益.使輸出信號幅度保持不變或只有很小變化。
如前所述.集成中放Mcl350的放大倍數可由外界電壓控制.因此我們可以將它用作AGc放大器。圖4為自動增益放大電路。當比較電路判斷接收信號過大時.由AGc控制電路產生一個較原先為高的直流電平.使MC1350的放大倍數降低.輸出信號幅度減小;而當接收信號小于比較電平時，AGc控制電路就產生一個較原先為低的電平來提高MC1350的放大倍數。因兩路信號是合成一路輸入Mcl350輸入端的，而兩路信號的幅值及變化可能不一樣，因此在對輸入信號進行自動增益控制時.必須區分信號是由哪一個傳感器接收進來的.這個功能可以由自動增益控制電路中的OP信號完成。MCI350的兩個輸出端是通過一個具有中心抽頭的線圈來供電的，若在輸出腳l和腳8之問接入一個電容.就可以構成一個LC選頻網絡.實現信號的濾波。這樣.由一個放大器及其外接電路就起到了自動增益控制與濾波兩個作用。變壓器禍合輸出則使信號與地產生了有效的隔離。LC濾波和變壓器禍合輸出兩項措施大大地增強了電路的抗干擾能力。
5 輸出級
輸出級由放大器BGI和射極輸出器BGZ組成.如圖5所示。BGI對信號再一次進行放大。因其輸入是由變壓器禍合過來的，基極處于零偏壓狀態.所以在設計中可采用正負兩組電源供電.放大倍數由R:、RZ的比值決定。射級輸出器BGZ的輸出阻抗很小，提高了電路的負載能力。
6 自動增益控制電路
自動增益放大器MC1350需要用一個變化的外界電壓來控制其放大倍數.這個電壓就由自動增益控制電路來實現。該電路主要由泵電路、積分放大器和切換電路三個部分組成。
輸出級輸出的信號送入比較器進行比較.當輸出信號幅度大于比較電平時，比較電路輸出一個邏輯高電平“l”.信號幅度小于比較電平時，比較電路輸出一個邏輯低電平“o”(我們把這個信號定義為信號Il/L)。I釗L信號送入泵電路中，由周期信號OP來判斷這個信一號是由哪一路信號經比較后產生的，以決定將泵電路產生的積分脈沖送入積分器A還是積分器B。當H/L為高電平時，泵電路產生一個SV負脈沖，通過積分放大器，使自動增益放大器的控制電平上升，降低該放大器的放大倍數;當II/L為低電平時.泵電路產生一個sv正脈沖，使控制電平卜降，自動增益放大器放大倍數升高。積分器A對應傳感器l，積分器B對應傳感器2.只有當其對應的傳感器作接收用時:積分器才輸入積分脈沖進行積分，產生新的控制電平AGC?v.或AGC?VZ，并保持這一電壓.在所對應的傳感器再一次接收信號時，通過切換開關送至受控放大器Mc1350.實現信號幅度的自動調節。切換升關的作IJJ就是在c)J，信號的控制卜將積分器A和B產生的控制電平AGC?v、、AGC?V:合成一路AGC?v輸出，正確地調整兩路接收信號的輸出幅度。
(5) 水聽器穩定性考核
在一年中對該水聽器進行了六次重復性考核，最大誤差小于士o.5dB(包括各種誤差在內)。
7 結束語
本文所述水聽器是根據“八五“國防計量測試技術發展計劃立項課題研制而成的，并已通過國防科工委組織的專家鑒定組的鑒定。口前該水聽器已在本單位并提供給其他單位使用，得到了較滿意的使用效果。在研制工作中得到了黃進來、張先攤等同志的大力支援和幫助.在此表示謝意。
摘自：中國計量測控網
