一种超声波泥水界面测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波泥水界面测量装置及方法，该方法包括：向待测量沉淀池发射超声波信号并接收回波信号，对所述回波信号进行限幅后进行两级差分放大，对第一级差分放大后的反馈信号进行限幅，对第二级差分放大后的信号进行检波后获得泥水界面状况。本发明专利技术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。

Ultrasonic mud water interface measuring device and method

The present invention relates to an ultrasonic water interface measuring device and method, the method includes: transmitting and receiving ultrasonic signals pool echo signal to be measured precipitation, limiting the echo signal after two stage differential amplifier, the first differential feedback amplified signal limiter, status of mud water interface detector the signal of the second differential amplifier after. The invention adopts the transmit gain control technology, greatly improves the dynamic range of signal and the resolving power of mud layer on the premise that the signal-to-noise ratio is preferentially raised, thus being able to adapt to more working conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波泥水界面测量装置及方法
本专利技术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及方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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及方法，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：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，本专利技术还可以做如下改进。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Rf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Rf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Rf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RD可认为是无穷大，该放大电路对输入信号的放大倍数为Rf/Ra，当反馈电阻Rf上的电压大于D3，D4的导通电压时，D3和D4的等效电阻RD和反馈电阻Rf并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于Rf/Ra，并且RD在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于Ra，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Rf的一端连接，二极管bav99的公共端与反馈电阻Rf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Rf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RD可认为是无穷大，该放大电路对输入信号的放大倍数为Rf/Ra，当反馈电阻Rf上的电压大于bav99的导通电压时，bav99的等效电阻RD和反馈电阻Rf并联后共同组成新的的反馈电阻，其放大倍数显然小于Rf/Ra，并且RD在电压进一步增大时会显著下降，甚至低于Ra，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。为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供一种基于超声波的泥水界面测量方法，所述方法包括：向待测量沉淀池发射超声波信号并接收回波信号，对所述回波信号进行限幅后进行两级差分放大，对第一级差分放大后的反馈信号进行限幅，对第二级差分放大后的信号进行检波后获得泥水界面状况。本专利技术的有益效果是：1、能够对较大的回波信号进行限幅，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、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，本专利技术还可以做如下改进。进一步，对第二级差分放大后的信号进行滤波后再进行检波。进一步，所述超声波信号通过换能器发射，且所述换能器通过换能器驱动电路进行驱动发射超声波信号，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；所述变压器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。附图说明图1为本专利技术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为本专利技术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为本专利技术实施例提供的换能器驱动电路的结构示意图；图4为本专利技术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为本专利技术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专利技术的原理和特征进行描述，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波泥水界面测量装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种超声波泥水界面测量装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述超声波泥水界面测量装置，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述超声波泥水界面测量装置，其特征在于，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。4.根据权利要求3所述的超声波泥水界面测量装置，其特征在于，所述第一限幅电路包括电阻R1...

【专利技术属性】
技术研发人员：任宏刚，
申请(专利权)人：天健创新北京监测仪表股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11