一种被动侦听声呐流量计的接收电路制造技术

一种被动侦听声呐流量计的接收电路，由至少两个绑缚在流量测量管道上的传感器带阵列(图示为八个传感器带)，各传感器相同间距的缠绕在管道周围。传感器带通过对管中湍流边界层产生的脉动信号进行测量和处理，进而实现流体流动速度的测量，得到我们需要的流量信息。接收电路包括一个运算放大器，其反向输入端连接传感器的引出电极。同向输入点连接信号参考。输入输出端具有反馈电路。电容串联在传感器电极与运放反向输入端之间，并联在传感器的电极和参考地之间的电容和大电阻，将传感器微弱的电荷信号采集出来，连接到后续检测电路中。图中阿拉伯数字1‑8即为所述接收电路部分。

A receiving circuit of passive listening sonar flowmeter

【技术实现步骤摘要】
一种被动侦听声呐流量计的接收电路
本专利技术声呐系统领域，具体涉及一种被动侦听声呐流量计的接收电路。
技术介绍
流量计是工业生产自动化控制过程中重要组成部分之一，流量的测量与所用流量计的关系紧密，通常使用的如超声、电磁、涡轮、孔板、旋涡、科里奥利流量计和文丘里流量计。实际应用中都会受到各种限制，更多的应用中需要非接触式的测量仪表，并且它是精确性、可靠性、经济性，理想情况下需要能够适用于各种管道材质，能够实现任何类型流体的流量测量。在这样的需求下，一款新型声呐流量计就成为必然趋势。声呐流量计是利用声呐处理算法计算被动阵列探测器采集的信号，得到流速信号。这对于液体输送固体颗粒浆体应用优势突出。传感器阵列采集轴向自然产生的对流湍流结构的速度，来提供混合体积流量（速）。采用直接侵入工艺流体的压力传感器或夹在工艺管道外非侵入式传感器都可以实现。在宽泛的工艺流体浆液、管道的尺寸和流动条件情况下，声呐流量测量技术能够提供强大的、精确体积流量测量。现有技术资料多是涉及被动声呐系统目标探测领域。所述的接收电路多为水声信号、放大滤波、移项。网络、波束形成等。通常的被动侦听声呐的接收电路是由放大和滤波电路组成。要求放大器精度高、噪声低，选用轨对轨放大器，第一级通常采用正向放大电路，前端置有两个反向的二极管，防止大电压对输入级造成损坏，在输入端上加入一个对地电阻，无输入情况下可以把输入端电平拉低，以免造成输出混乱，放大倍数控制在20倍以内，以提高运放电路的稳定性。第二级放大为方向放大电路，放大倍数取决于反馈电阻，和输入电阻的比值，倍数控制在20倍以内。第三级和第四级为一个高Q值得带通滤波器，在一定范围内滤波器Q值越高选频特性越好，由于探测目标生源频率已知，在设计过程中通常与用高阶带通滤波器来实现。第五和第六级均为反向放大器，用来弥补前级放大倍数不足带来的幅度低等问题。这种设计实现复杂，对运放要求高，容易产生自激震荡等不稳定因素，并且不能够准确的采集到传感器信号。实际实现效果也达不到理想。而对于流量信号应用，尤其是在管道湍流边界层的湍流漩涡这种应用，检测的信号频率非常低，传感器检测电荷信号十分微弱，如何能够准确的检测湍流边界层的脉动信号，成为一个应用难题。如何设计好接收电路，成为能否实现流量测量的关键，相关资料未找到相关应用文献。
技术实现思路
本专利技术是在上述
技术介绍
基础上，提出了一种被动侦听声呐流量计的接收电路。该电路传感器阵列精确地感知管道湍流边界层的脉动信号，测量管道流量信息。传感器阵列采用PVDF、光纤、红外、超声传感器中的一种。传感器阵元信号连接运算放大器的一个输入端和潜在参考信号之间。接收传感器阵列，绑缚在管道上的n路n>=2接收传感器阵元，接收来自管中湍流边界层产生的脉动信号，提供一种声呐流量计接收处理电路，来分时采集各路传感器阵元信号，实现流体的流速（体积流量）的测量。目的在于提供一种概述中提及的，声呐流量计的传感器阵列相连接的接收电路。它能够实现管道微应变压力传感器PVDF的信号采集，解决传感器微弱的低频电荷信号在流量采集应用接收电路中的技术空白。实现传感器信号逐个有序采集。如图1所示，被动侦听声呐流量计的传感器阵列及接收电路框图。传感器阵列感知管道内流体流动产生的湍流涡团信号，各路传感器阵元等间距的固定在管道上，其输出的微弱电荷信号经接收电路，转化为放大的电压信号，同时又能够完成传感器的阻抗转换。本专利提供了一种传感器信号接收电路实现方式。能够很好地实现采集湍流边界层的湍流漩涡引起的微应变力信号的功能。图2中绑缚在管道上的传感器阵列由n路n≥2传感器阵元（3）组成,传感器阵列接收管中湍流边界层产生的脉动信号；传感器阵列信号经选通开关后接入运算放大器（1）的同向端，运算放大器（1）的反向端接参考信号，一个积累传感器电荷的电容（13）和一个大于传感器内阻n倍n>10^6的大电阻并联，并联后接在运算放大器的同向端和反向端之间；运算放大器的反馈网络(12)，连接在运算放大器输入端与输出端之间；运放输出端连接到信号处理单元（15）。流体流经管道时产生的湍流边界层的脉动信号，来表征流体的流速，其所测量的湍流边界层的脉动信号频率小于等于20kHz。每一路信号与后续信号处理电路具有选通开关，开关电路可以位于运放的输入端通路中或者运放的输出通路中。开关电路能够满足阵列不同阵元分时接收的同时，避免由于电路间的差异对测量产生影响。并联与微应变传感器两端的接收电路电阻R1（11），使得传感器产生的电荷尽可能多的积累在C1（13）电容上，有效减少了电荷泄漏，而很大的R1保证了电容的放电时间常数τ很大，可以提高电路的低频测量能力和信号幅度，减少负载效应。反馈连接网络（12）连接到运算放大器输入端与输出端之间的反馈网络。后续的信号处理单元（15）为运放输出端连接到的滤波、检测电路；对图2所示接收电路,在具体实施中如图3、图4所示，或者局部调整的具有相同功能的电路形式，图4为图3所示电路中加入了带有低通滤波功能的积分电路，在图3的基础上接在运放输出端和反向输入端之间的反馈网络R2和C2。合适大的电阻器R2电容C2的两端并联，能够给传感器接收信号提供稳定的偏置直流反馈，达到稳定的偏置电流。会使输出电平在电源电压与0电平之间输出稳定有效信号。另一方面由于运算放大器存在偏置电压，会对电容进行充放电，这种连接方式能够避免电容饱和。并联电阻同时给电容提供放电回路。并联电阻后的积分器的传递函数不是理想积分器了，由于我们检测的阵列输入信号周期远远大于RC常数，所以可以有效的实现微应变压力传感器的信号传递至后续的滤波、放大电路。本专利技术电路与传统的被动声呐接收电路相比，具有结构简单，频带宽度设计更改简便，频带宽度宽，信噪比高等有点。传统的接收电路可以实现微弱的放大同时将传感器的高的输入阻抗转变为较低的阻抗，但是为了与传感器匹配需要高输入阻抗，因此，带来抗干扰能力不足。带宽、灵敏度受传感器线路电容量限制。而图示的接收电路能够将传感器输出的微弱电荷信号转化为放大的电压信号，同时又能有效的减少测量电路的电荷泄露。放大器输出的电压与传感器阵元上积累的电荷量成正比，只与电量有关，所以，频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。采用了开关阵列控制信号分时采集，提供了一种解决不同路信号的间电路引起的差异的方式，(如温度系数等的不同引起的差异),供了一种简洁的解决方式。附图说明图1是本专利技术中的被动侦听声呐流量计的传感器阵列及接收电路框图。图2是本专利技术中的被动侦听声呐流量计的接收电路及各组成部分。1-运算放大器，2-管壁，3-传感器阵元，4-流动方向，5-连接线路，6-信号参考，7-管道中被测液体，10-运算放大器反向端参考信号，11-保证电路时间常数的大电阻，12-反馈网络，13-与传感器相匹配的累积电荷的合适的电容，15-后续的信号处理单元图3是本专利技术中的被动侦听声呐流量计的接收电路的一个实例。图4是本专利技术中的被动侦听声呐流量计的接收电路的另一个实例。图5是本专利技术中的被动侦听声呐流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动侦听声呐流量计的接收电路,其特征为：/n该电路结构为：绑缚在管道上的传感器阵列由n路n≥2传感器阵元(3)组成，传感器阵列接收管中湍流边界层产生的脉动信号；传感器阵列信号经选通开关后接入运算放大器(1)的同向端，运算放大器(1)的反向端接参考信号，一个积累传感器电荷的电容(13)和一个大于传感器内阻n倍n>10^6的大电阻并联，并联后接在运算放大器的同向端和反向端之间；运算放大器的反馈网络(12)，连接在运算放大器输入端与输出端之间；运放输出端连接到信号处理单元(15)。/n

【技术特征摘要】
1.一种被动侦听声呐流量计的接收电路,其特征为：
该电路结构为：绑缚在管道上的传感器阵列由n路n≥2传感器阵元(3)组成，传感器阵列接收管中湍流边界层产生的脉动信号；传感器阵列信号经选通开关后接入运算放大器(1)的同向端，运算放大器(1)的反向端接参考信号，一个积累传感器电荷的电容(13)和一个大于传感器内阻n倍n>10^6的大电阻并联，并联后接在...

【专利技术属性】
技术研发人员：单淑娟，何敬涛，李云龙，杨健，邱军，张肇东，李少华，李士伟，米杨，
申请(专利权)人：丹东源声中科电子有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁;21