超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计

收发同体传感器，因而收发信号之间会产生干扰，较大的发送信号能量有可能直接进入接收电路，它要比回波大得多，因此前级放大器会饱和，电路工作不稳定。为此，接收信号放大器的输入端要接入一对互为反向的二极管进行箝位，以保护后面的放大电路。
　　
　　3．2带通滤波器
　　
　　在此采用无限增益多路反馈型滤波电路，它是一个由赋以多路反馈的理论上具有无限增益的运算放大器构成的滤波电路。图4所示是由单一运算放大器构成的无限增益多路反馈二阶带通滤波电路的基本结构。
　　
　　滤波器参数为：
　　
　　
　　
　　无限增益多路反馈型滤波电路由于没有正反馈，故稳定性高。为计算方便，可先选定C1＝C2＝680pF，Ap＝6，Q＝3，由以上方程联立得：R3=47kΩ，R1=47kΩ，R2=2kΩ。由于采用单电源供电，所以要在放大器正极抬高一个电平。在此用MC7805将电源电压转换成5V以提供偏置。滤波器的输出再通过一级放大后接采集卡进行A／D采样。
　　
　　4实验结果与结论
　　
　　对前面设计的电路进行了超声测距实验。此实验应用NI公司的数据采集卡6024E采集数据。6024E是拥有模拟、数字、时钟I/O口的高性能多功能板卡，采用的是PCI总线。最大采集速率为200kHz，使用DAQ-STC计数器芯片。包括三个定时器组，控制着模拟输入、模拟输出和通用的计数／定时功能。用于通用计数／定时功能的是两个24位计数器[5]。利用时钟1发出控制信号，时钟0产生30kHz的脉冲，作为驱动电路的输入信号。
　　
　　发射的脉冲数应选择合适，脉冲个数多时，发射换能器可以克服其振动惯量而获得充分的振动，其它声波模式影响较小，发射的超声脉冲能量大；但此时测距的盲区也大(测距盲区指的是可以测量的最小距离)，一般选择由10～20个脉冲组成。
　　
　　系统软件采用LabVIEW编程，图5为相同环境中两个电路的测量结果对比。
　　
　　5(a)是以往电路在6米处的测量结果，幅值较小，测量过程中曾出现掉电现象，功率管发热严重，这说明功率消耗比较大。5(b)是本电路的测量结果。可以看出，本电路的测量距离明显提高，而且管子基本没有发热现象，电源保持稳定。可见，本电路的设计由于经过较严格的推导，器件选择合理，各参数得到优化，改善了换能器与功放间的阻抗匹配，功放效率和机电转换效率得到明显提高。电路控制方便，性能表现良好，在距离9．5m处仍能得到较清晰的回波，使大范围的超声测距成为可能。
　　
　　
　　
　

《超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计(第3页)》