一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，包括超声发送驱动器、40KC超声波发送头、40KC超声波接收头、窗口接收放大器、同步检波模块、输出接口和单片机，本超声波位移传感器实现了时间窗孔滤波和最佳匹配的同步滤波，彻底消除了40KC超声波因强反射和大散射角带来的多径干扰，从而解决该型探头在超声波电眼上的应用，实现电路简化，达到大大降低超声电眼的成本，稳定性和易用性却大幅提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声波传感器的
，具体地说，涉及一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器。
技术介绍
超声波位移传感器，俗称超声电眼，能普适不同色彩物料，所以远比光电式电眼优越，近年来超声电眼已有取代传统光传感器的趋势。现有超声电眼，均采用200KC左右超声波，但相较于市面常见的40KC探头，前者价格高昂，超声波的发射、接收、处理都十分困难和复杂。40KC超声波具有强大的穿透力、反射力和大扇面扫描角，由此带来多径干扰，对于在50毫米范围内的物料位移探测，精度受到干扰，从而使其低廉的40KC探头在超声电眼上鲜有应用。
技术实现思路
针对现有技术中上述的不足，本专利技术提供一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，该超声波位移传感器实现电路简化，稳定性和易用性大幅提升，大大减低成本的同时达到了更高的可靠性。为了达到上述目的，本专利技术采用的解决方案是：一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，包括超声发送驱动器、40KC超声波发送头、40KC超声波接收头、窗口接收放大器、同步检波模块、输出接口和单片机，超声发送驱动器，用于放大单片机输出的40KC超声脉冲群能量，以满足接收端对超声波幅度的要求；40KC超声波发送头和40KC超声波接收头，用于完成40KC超音波的电声(2A)和声电(2B)转换；窗口接收放大器，用于在单片机定时控制下，限时开启或阻塞接收端对超声波的放大；同步检波模块，用于对限时放大后的超声波进行振幅检波，其输出送单片机进行A/D转换，随后接受单片机发出的清洗命令，清除此前被采样的检波信号，从而实现同步匹配滤波；输出接口，用于输出与物料位移成正比的开关脉冲，模拟电压和数字通信量，它分别受单片机开关控制，脉宽调制和单片机硬件串口来调理。优选地，窗口接收放大器包括高频微波管。本专利技术的有益效果是，本超声波位移传感器实现了时间窗孔滤波和最佳匹配的同步滤波，彻底消除了40KC超声波因强反射和大散射角带来的多径干扰，从而解决该型探头在超声波电眼上的应用，实现电路简化，达到大大降低超声电眼的成本，稳定性和易用性却大幅提升。附图说明图1为本专利技术的电路简图。图2为本专利技术的窗口接收放大器的电路图。图3为本专利技术的时序配合示意图。附图中：1、超声发送驱动器；2A、40KC超声波发送头；2B、40KC超声波接收头；3、窗口接收放大器；4、同步检波模块；5、输出接口；6、单片机。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步描述：参照图1，本专利技术提供一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，包括超声发送驱动器1、40KC超声波发送头2A、40KC超声波接收头2B、窗口接收放大器3、同步检波模块4、输出接口5和单片机6，超声发送驱动器1，用于放大单片机6输出的40KC超声脉冲群能量，以满足接收端对超声波幅度的要求；40KC超声波发送头2A和40KC超声波接收头2B，用于完成40KC超音波的电声(2A)和声电(2B)转换；窗口接收放大器3，窗口接收放大器3包括高频微波管，用于在单片机6定时控制下，限时开启或阻塞接收端对超声波的放大；同步检波模块4，用于对限时放大后的超声波进行振幅检波，其输出送单片机6进行A/D转换，随后接受单片机6发出的清洗命令，清除此前被采样的检波信号，从而实现同步匹配滤波；输出接口5，用于输出与物料位移成正比的开关脉冲，模拟电压和数字通信量，它分别受单片机6开关控制，脉宽调制和单片机6硬件串口来调理。本超声波位移传感器实现了时间窗孔滤波和最佳匹配的同步滤波，彻底消除了40KC超声波因强反射和大散射角带来的多径干扰，从而解决该型探头在超声波电眼上的应用，达到大大降低超声电眼的成本，稳定性和易用性却大幅提升，实现电路简化。参照图2，本图为窗口接收放大器3，也是一个单管阻容耦合放大器。Q3是低廉的高频微波管SS9018，选择它是因为唯有高频低噪才能匹配40KC声电的微弱放大。47欧小电阻R23串联于40KC超声通路上，能舒缓超声探头捡拾的尖峰干扰对Q3的冲击；等值的串联电阻R22R21为Q3提供了恰当的输入偏置，等值是为了在衰减和阻抗间上求得平衡。Q3的基极偏置电流抽取于自己上端集电极，这是用直流负反馈来保正Q3稳定的静态工作点，同时还要确保Q3始终处于临界放大状态，于是Q3集电极这个大约0.7V反向偏置，正好充当检波二极管D2开门电平，让检波二极管D2也处于临界导通态，这样检波的效率才最高。C8阻断了Q3输出端对40KC超声信号反向回授，Q3才能以更高增益来提升超声电眼的灵敏度；C9平滑掉40KC的脉动，提取其与物料位移成正比平均电压。电阻R24下端连接到单片机6的P1.2口线上，平时默认为强上拉，这样一来Q3平时就被强行推入深度饱和态而失去了放大职能。当发端探头发出40KC超声脉冲群，并延迟0.13mS后，命令P1.2关闭强上拉，Q3临界放大被开启，并持续一个还是0.13mS放大、检波、采样的窗口时间，在这个时片上直射的超声主波恰巧同时穿越了“时间窗”和“临界窗”，而滞后的多径杂波几乎全部被阻挡。这里45毫米是电眼的开口尺寸，340米每秒是声音的传播速度。落到窗口内的超声主波被半波整流，经C9平滑后被电阻R25接引到单片机6自带的A/D转换上，0.13mS采样时间足够抽取样点10次以上，斩头去尾中间平均的软件滤波算法是必要的。末了再次把P1.2强上拉封死放大窗口，同时开启P1.4的强下来，一推一拉一开一闭两相配合，C9上此前的检波电压很快被彻底清洗掉，这样每次的采样都不会累加上一次的干扰积累，确保了软件正确决策，命令输出接口5推送可信的物料位移值，末了整个系统进入休止态，从容地等待下一轮的再次循环。其严格时序配合参照图3。由以上能得出，只要调整采样的窗口尺寸，就能实现对超声电眼的灵敏度调节。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，其特征是：包括超声发送驱动器(11)、40KC超声波发送头(2A)、40KC超声波接收头(2B)、窗口接收放大器(3)、同步检波模块(4)、输出接口(5)和单片机(6)，超声发送驱动器(11)，用于放大单片机(6)输出的40KC超声脉冲群能量，以满足接收端对超声波幅度的要求；40KC超声波发送头(2A)和40KC超声波接收头(2B)，用于完成40KC超音波的电声(2A)和声电(2B)转换；窗口接收放大器(3)，用于在单片机(6)定时控制下，限时开启或阻塞接收端对超声波的放大；同步检波模块(4)，用于对限时放大后的超声波进行振幅检波，其输出送单片机(6)进行A/D转换，随后接受单片机(6)发出的清洗命令，清除此前被采样的检波信号，从而实现同步匹配滤波；输出接口(5)，用于输出与物料位移成正比的开关脉冲，模拟电压和数字通信量，它分别受单片机(6)开关控制，脉宽调制和单片机(6)硬件串口来调理。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间窗和匹配滤波压缩多径效应的40KC超声波位移传感器，其特征是：包括超声发送驱动器(11)、40KC超声波发送头(2A)、40KC超声波接收头(2B)、窗口接收放大器(3)、同步检波模块(4)、输出接口(5)和单片机(6)，超声发送驱动器(11)，用于放大单片机(6)输出的40KC超声脉冲群能量，以满足接收端对超声波幅度的要求；40KC超声波发送头(2A)和40KC超声波接收头(2B)，用于完成40KC超音波的电声(2A)和声电(2B)转换；窗口接收放大器(3)，用于在单片机(6)定...

【专利技术属性】
技术研发人员：温良树，刘祖泽，
申请(专利权)人：重庆编福科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50