一种超声波泥水界面测量装置的利记博彩app

本实用新型涉及超声波测量领域，尤其涉及一种超声波泥水界面测量装置。

背景技术：

水处理过程中的沉淀池其泥层厚度是重要的过程控制参数，一般采用泥水界面计进行测量。常见的泥水界面计有两种，一种是光电式测量方式，其结构比较复杂，使用维护工作量大，实际中很少采用；一种是超声波泥水界面计，实际中部分场合使用效果不佳，主要是由于泥层情况复杂，有些泥水明显分层，界面清晰；有些泥层从低浓度逐渐过度到高浓度，界面不清晰；还有些浮泥超声反射信号很微弱，导致测量的超声波信号动态范围大，信噪比差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种超声波泥水界面测量装置，本实用新型采用发射增益控制技术，在优先提高信噪比的前提下大大提高了信号的动态范围和泥层分辨能力，从而能够适应更多的工况。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种超声波泥水界面测量装置，包括中央处理单元、换能器驱动电路、换能器、第一限幅电路、第二限幅电路、第一差分放大电路、第二差分放大电路和检波电路；所述中央处理单元，与所述换能器驱动电路连接，用于控制所述换能器驱动电路驱动所述换能器发射超声波信号；所述第一限幅电路，与所述换能器连接，用于对所述换能器输出的回波信号进行限幅；所述第一差分放大电路，与所述第一限幅电路连接，用于对所述第一限幅电路的输出信号进行差分放大；所述第二限幅电路，与所述第一差分放大电路连接，用于对所述第一差分放大电路的反馈信号进行限幅；所述第二差分放大电路，与所述第一差分放大电路连接，用于对所述第一差分放大电路的输出信号进行差分放大；所述滤波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行滤波；所述检波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行检波；所述中央处理单元，还与所述检波电路连接，用于根据检波电路的输出信号获得泥水界面状况。

本实用新型的有益效果是：

1、第一限幅电路能够对较大的回波信号进行限幅，为第一差分放大电路提供过压保护，而对于较小的回波信号则完整保留，提高了信噪比；

2、第一差分放大电路的反馈部分采用限幅电路对反馈信号进行限幅的方式，能够实现对回波信号的非线性放大，有利于正确分析泥水界面。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，还包括滤波电路；所述滤波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行滤波；所述检波电路，与所述滤波电路连接，用于对所述滤波电路的输出信号进行检波。

采用上述进一步方案的有益效果是，阻止特定频率的噪音信号，提高信噪比。

进一步，所述换能器驱动电路包括场效应管驱动电路、直流放大电路、变压器和场效应管；所述场效应管驱动电路，与所述场效应管的栅极连接，用于根据中央处理单元输入的方波信号驱动所述场效应管的通断；所述场效应管的漏极和所述直流放大电路的输出端分别与所述变压器的原边连接，所述变压器的副边分别与所述换能器连接，所述变压器用于在所述场效应管导通时将所述直流放大电路的输入信号的电压放大后输出至所述换能器。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过变压器原边直流电压的变化实现了发射功率的调整，实现方法简单可靠性高，避免采用固定功率的发射容易导致小范围测量时多次回波的误判和饱和的问题，另外采用变压器实现了强弱电隔离。

进一步，所述第一限幅电路包括电阻R1、电阻R2、二极管D1和二极管D2；所述电阻R1的一端连接换能器的接收端的正输入端，另一端分别连接二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，二极管D1的阴极和二极管D2的阳极分别连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接换能器的接收端的负输入端。

采用上述进一步方案的有益效果是，当二极管D1和二极管D2的分压大于其导通电压时，能够对较大的发射信号和池底等回波信号起到双向限幅的作用，从而将第一差分放大电路的输入电压限制在一定范围内，起到过压保护的作用，当二极管D1和二极管D2的分压小于其导通电压时，从而完整保留很小的泥面回波信号，提高了信噪比。

进一步，所述第二限幅电路包括二极管D3和二极管D4；所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极分别与反馈电阻R_f的一端连接，二极管D3的阴极和二极管D4的阳极分别与反馈电阻R_f的另一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，在反馈电阻R_f上的电压小于D3，D4的导通电压时，D3,D4处于关断状态，其等效电阻R_D可认为是无穷大，该放大电路对输入信号的放大倍数为R_f/R_a，当反馈电阻R_f上的电压大于D3，D4的导通电压时，D3和D4的等效电阻R_D和反馈电阻R_f并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于R_f/R_a，并且R_D在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于R_a，由此实现对输入信号的非线性放大。

进一步，所述第二限幅电路包括二极管bav99；所述二极管bav99的阳极和阴极连接后与反馈电阻R_f的一端连接，二极管bav99的公共端与反馈电阻R_f的另一端连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，在反馈电阻R_f上的电压小于bav99的导通电压时，bav99处于关断状态，其等效电阻R_D可认为是无穷大，该放大电路对输入信号的放大倍数为R_f/R_a，当反馈电阻R_f上的电压大于bav99的导通电压时，bav99的等效电阻R_D和反馈电阻R_f并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于R_f/R_a，并且R_D在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于R_a，由此实现对输入信号的非线性放大。

进一步，所述换能器为200KHz～1000KHz的收发一体式超声波换能器。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种超声波泥水界面测量装置的连接结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种超声波泥水界面测量装置的连接结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的换能器驱动电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第一限幅电路、第一差分放大电路和第二限幅电路的连接结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的第一限幅电路、第一差分放大电路和另一种第二限幅电路的连接结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一限幅电路，2、第一差分放大电路，3、第二限幅电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种超声波泥水界面测量装置，包括中央处理单元、换能器驱动电路、换能器、第一限幅电路、第二限幅电路、第一差分放大电路、第二差分放大电路和检波电路；所述中央处理单元，与所述换能器驱动电路连接，用于控制所述换能器驱动电路驱动所述换能器发射超声波信号；所述第一限幅电路，与所述换能器连接，用于对所述换能器输出的回波信号进行限幅；所述第一差分放大电路，与所述第一限幅电路连接，用于对所述第一限幅电路的输出信号进行差分放大；所述第二限幅电路，与所述第一差分放大电路连接，用于对所述第一差分放大电路的反馈信号进行限幅；所述第二差分放大电路，与所述第一差分放大电路连接，用于对所述第一差分放大电路的输出信号进行差分放大；所述滤波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行滤波；所述检波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行检波；所述中央处理单元，还与所述检波电路连接，用于根据检波电路的输出信号获得泥水界面状况。

具体的，第一限幅电路能够为第一差分放大电路提供过压保护；第一差分放大电路的反馈部分采用限幅电路对反馈信号进行限幅的方式，实现小信号放大倍数由反馈电阻决定，大信号的放大倍数由限幅电路的电阻决定。由于超声波发射后的余震信号和沉淀池底面的回波信号相比泥面信号幅值相差大，该电路既保证了泥面信号的正常放大，又不失真的保留了其他大的回波信号，相当于对回波信号进行了非线性压缩；检波电路能够提取超声波信号的包络线。

此外，本装置的接收放大部分可增加可编程运放，进一步提高动态范围和灵活性。还可利用开关切换实现双通道(两个超声波传感器)采集。

可选地，作为本实用新型的一个实施例中，如图2所示，本装置还包括滤波电路；所述滤波电路，与所述第二差分放大电路连接，用于对所述第二差分放大电路的输出信号进行滤波；所述检波电路，与所述滤波电路连接，用于对所述滤波电路的输出信号进行检波。

具体的，滤波电路能够阻止特定频率的噪音信号，提高信噪比。

可选地，作为本实用新型的一个实施例中，如图3所示，所述换能器驱动电路包括场效应管驱动电路、直流放大电路、变压器T和场效应管K1；所述场效应管驱动电路，与所述场效应管K1的栅极连接，用于根据中央处理单元输入的方波信号驱动所述场效应管K1的通断；所述场效应管K1的漏极和所述直流放大电路的输出端分别与所述变压器T的原边连接，所述变压器T的副边分别与所述换能器连接，所述变压器T用于在所述场效应管K1导通时将所述直流放大电路的输入信号的电压放大后输出至所述换能器。

具体的，通过变压器T原边直流电压的变化实现了发射功率的调整，实现方法简单可靠，调整的动态范围大，另外实现了强弱电隔离。

可选地，作为本实用新型的一个实施例中，如图4所示，所述第一限幅电路1包括电阻R1、电阻R2、二极管D1和二极管D2；所述电阻R1的一端连接换能器的接收端的正输入端，另一端分别连接二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，二极管D1的阴极和二极管D2的阳极分别连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接换能器的接收端的负输入端。

具体的，二极管D1和二极管D2能够起到双向限幅的作用，从而将第一差分放大电路3的输入电压限制在一定范围内，起到过压保护的作用。

可选地，在该实施例中，如图4所示，所述第二限幅电路2包括二极管D3和二极管D4；所述二极管D3的阳极和二极管D4的阴极分别与反馈电阻R_f的一端连接，二极管D3的阴极和二极管D4的阳极分别与反馈电阻R_f的另一端连接。

具体的，在反馈电阻R_f上的电压小于二极管D3，二极管D4的导通电压时，二极管D3,二极管D4处于关断状态，其等效电阻R_D可认为是无穷大，第一差分放大电路3对输入信号的放大倍数为R_f/R_a，当反馈电阻R_f上的电压大于二极管D3，二极管D4的导通电压时，二极管D3和二极管D4的等效电阻R_D和反馈电阻R_f并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于R_f/R_a，并且R_D在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于R_a，由此实现对输入信号的非线性放大。

可选地，在该实施例中，如图5所示，所述第二限幅电路2包括二极管bav99；所述二极管bav99的阳极和阴极连接后与反馈电阻R_f的一端连接，二极管bav99的公共端与反馈电阻R_f的另一端连接。

具体的，在反馈电阻R_f上的电压小于bav99的导通电压时，bav99处于关断状态，其等效电阻R_D可认为是无穷大，该放大电路对输入信号的放大倍数为R_f/R_a，当反馈电阻R_f上的电压大于bav99的导通电压时，bav99的等效电阻R_D和反馈电阻R_f并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于R_f/R_a，并且R_D在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于R_a，由此实现对输入信号的非线性放大。

可选地，在该实施例中，所述换能器为200KHz～1000KHz的收发一体式超声波换能器。

另外，由于单次采集的波形信噪比较低，有效信号甚至可能完全淹没在噪声中，并且泥位属于缓慢变化的信号，本实用新型通过多次采样后求平均的方法实现了高速和高分辨率的平衡，具体计算是在仪表分辨范围内采用了局部平滑滤波的方式进一步提高信噪比。

采集到完整的回波信号后，该装置可以根据预设的目标信号范围，逐步快速调整发射功率，而不是采用固定功率的发射，可以避免小范围测量时多次回波的误判和饱和。

在对回波信号进行处理后可在显示屏上显示，使得用户可以更清楚、直观的观察整个池子的泥层分布情况，并且可以清楚的看到池面盲区和池底盲区，在进行泥水界面的识别前，用户需要在显示屏的界面上设置池面盲区设置线和池底盲区设置线来屏蔽池面盲区和池底盲区，从而去除掉发射后的余震信号，过大的池底反射信号和桥架等固定干扰信号，然后装置开始对泥水界面进行识别测量，识别方式包括通过上升沿和峰值两种方式，其中前者适合缓慢变化的泥水界面识别，后者适合清晰的泥水界面识别，具体的识别原理为根据发射超声波和接收回波的时间差来进行泥水界面分析，属于现有技术。

可选地，本实用新型可通过定时控制小型潜水泵，从地面45度方向冲洗换能器底面的方式，实现自动清洗，保证换能器可靠工作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。