一种微弱机械振动波信号处理电路的制作方法
一种微弱机械振动波信号处理电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微弱机械振动波信号处理电路。该处理电路通过信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路以及信号输出电路，能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
【专利说明】一种微弱机械振动波信号处理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号处理【技术领域】，尤其涉及一种微弱机械振动波信号处理电路。
【背景技术】
[0002]目前，在仪表应用行业中，大部分仪表的工作原理是通过捡拾机械振动波来实现的，通过换能器将机械振动波转换为电信号，然后通过对电信号进行优化处理，就得到可以被主控芯片识别的电压信号，进而对该信号进行智能处理。
[0003]但在现有技术方案中，对于具有机械波检测的传感器及变送器仪表而言，往往换能器输出的电信号极微弱，同时夹杂各种噪声，单纯对信号进行放大，势必引起噪声的同样放大，从而无法捡拾出有效信号。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种微弱机械振动波信号处理电路，该电路能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
[0005]一种微弱机械振动波信号处理电路，所述处理电路包括信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中:
[0006]所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号;
[0007]所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号；
[0008]所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的
信号;
[0009]所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号；
[0010]所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号。
[0011]所述初级信号放大电路采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
[0012]所述次级信号放大电路采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路。
[0013]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，该处理电路通过信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路以及信号输出电路，能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为本实用新型实施例所提供的微弱机械振动波信号处理电路构成示意图；
[0016]图2为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中信号输入电路的不意图；
[0017]图3为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中初级信号放大电路的不意图；
[0018]图4为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中滤波电路的示意图；
[0019]图5为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中次级信号放大电路的不意图；
[0020]图6为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中信号输出电路的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0022]下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本实用新型实施例所提供的微弱机械振动波信号处理电路构成示意图，图1中的处理电路包括有信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中各部分的连接关系为:
[0023]所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号；具体实现中，该信号换能器通过线圈将微弱机械振动波信号转换为电信号，实现由机械能到电能的转换；
[0024]所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号；具体实现中，该信号输入电路接收所述信号换能器输出的电信号，提高信号基准电压，同时提供稳压保护；
[0025]所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的信号；具体实现中，该初级信号放大电路将所述信号输入电路输出的微弱电压信号进行初级放大，整形处理；
[0026]所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号；具体实现中，该滤波电路将所述初级信号放大电路输出的信号进行低通滤波，滤除闻频噪声；
[0027]所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号；具体实现中，该次级信号放大电路将所述滤波电路输出的信号进行二次放大，通过所述次级信号放大电路进一步提高信号的信噪比；而所述信号输出电路进一步将所述次级信号放大电路输出的信号进行保护输出。
[0028]另外，在具体实现过程中，上述的初级信号放大电路可以采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
[0029]上述的次级信号放大电路可以采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路，提高信号的信噪比。
[0030]下面以具体的实例来说明本实用新型实施例微弱机械振动波信号处理电路及其构成:
[0031]如图2所示为信号输入电路的电路示意图，结合图2:通常信号换能器捡拾的回波信号的电压信号比较微弱，一般只有IOmV (毫伏)左右，本实用新型电路设计采用单电源供电，信号输入电路通过电阻R21、电阻R22对电压VCC分压实现对信号换能器捡拾的电压信号的VCC/2偏置电压设置，同时电阻R24、电阻R25提供相应的阻抗匹配，以使得到的微弱信号能够以最强的能量传递到集成运算放大器。如图2所示，电容C21、电容C22、电容C23、电容C24主要是起滤波的作用；D1、D2、D3为稳压二极管三重防护设计，防止大电压窜入损坏后续放大电路。
[0032]如图3所示为初级信号放大电路的电路示意图，结合图3:初级信号放大电路是由三个运算放大器组成的仪用放大器，在降低电路设计成本的同时，比普通的仪用放大器的带宽增益要提高很多。采用差分信号放大，能够有效的抑制共模干扰。设有输入正端+、输入负端-、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端+接在ICl的3脚，所述的输入负端-接在ICl的5脚，经过C33、C34隔直电容，差分信号输入运算放大器IC2B的5脚、6脚，对信号进行放大处理。所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT为IC2B的7脚输出。通过调节电阻R32、R34、R37可以调节初级信号放大电路的放大倍数，以针对不同幅度的电信号进行放大处理。
[0033]如图4所示为滤波电路的电路示意图，结合图4:通过R41、C41组成RC低通滤波器，对初级信号放大电路输出的信号噪声进行滤波处理。
[0034]如图5所示为次级信号放大电路的电路示意图，结合图5:主要使用三极管、电阻、二极管实现滤波、放大功能，设有输入正端IN+、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端IN+接在电阻R51与电阻R53之间，所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT为D55的阴极。通过三极管Q51的基极电压进一步滤除基线附近的噪声，同时使Q51、Q52工作与饱和放大状态，对信号放大的同时，实现对信号的滤波，得到信噪比非常高的有效信号。
[0035]如图6所示为信号输出电路的电路示意图，结合图6:同向跟随器的设计是为了进一步提高信号的驱动能力，D51、D52、D53为稳压二极管的三重防护设计，防止大电压窜入损坏放大电路。
[0036]综上所述，本实用新型实施例提供微弱电信号的放大及优化处理，通过信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路、信号输出电路，最终得到信噪比足够好的有效电压信号，进而提高传感器及变送器仪表的测量精度。
[0037]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于，所述处理电路包括信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中: 所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号； 所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号； 所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的信号; 所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号； 所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号。
2.根据权利要求1所述微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于， 所述初级信号放大电路采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
3.根据权利要求1所述微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于， 所述次级信号放大电路采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路。
【文档编号】H03F1/26GK203537321SQ201320566763
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】邓君, 王兴昆, 刘宝洪, 姜云贺, 谷怡然 申请人:北京京仪海福尔自动化仪表有限公司
【专利摘要】本实用新型公开了一种微弱机械振动波信号处理电路。该处理电路通过信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路以及信号输出电路，能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
【专利说明】一种微弱机械振动波信号处理电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号处理【技术领域】，尤其涉及一种微弱机械振动波信号处理电路。
【背景技术】
[0002]目前，在仪表应用行业中，大部分仪表的工作原理是通过捡拾机械振动波来实现的，通过换能器将机械振动波转换为电信号，然后通过对电信号进行优化处理，就得到可以被主控芯片识别的电压信号，进而对该信号进行智能处理。
[0003]但在现有技术方案中，对于具有机械波检测的传感器及变送器仪表而言，往往换能器输出的电信号极微弱，同时夹杂各种噪声，单纯对信号进行放大，势必引起噪声的同样放大，从而无法捡拾出有效信号。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种微弱机械振动波信号处理电路，该电路能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
[0005]一种微弱机械振动波信号处理电路，所述处理电路包括信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中:
[0006]所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号;
[0007]所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号；
[0008]所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的
信号;
[0009]所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号；
[0010]所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号。
[0011]所述初级信号放大电路采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
[0012]所述次级信号放大电路采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路。
[0013]由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，该处理电路通过信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路以及信号输出电路，能够极大程度的放大有效信号，并抑制噪声信号，同时对信号的输入及输出提供保护设计，在一定程度上提高了整体电路设计的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】[0014]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0015]图1为本实用新型实施例所提供的微弱机械振动波信号处理电路构成示意图；
[0016]图2为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中信号输入电路的不意图；
[0017]图3为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中初级信号放大电路的不意图；
[0018]图4为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中滤波电路的示意图；
[0019]图5为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中次级信号放大电路的不意图；
[0020]图6为本实用新型实施例提供的微弱机械振动波信号处理电路中信号输出电路的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
[0022]下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本实用新型实施例所提供的微弱机械振动波信号处理电路构成示意图，图1中的处理电路包括有信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中各部分的连接关系为:
[0023]所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号；具体实现中，该信号换能器通过线圈将微弱机械振动波信号转换为电信号，实现由机械能到电能的转换；
[0024]所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号；具体实现中，该信号输入电路接收所述信号换能器输出的电信号，提高信号基准电压，同时提供稳压保护；
[0025]所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的信号；具体实现中，该初级信号放大电路将所述信号输入电路输出的微弱电压信号进行初级放大，整形处理；
[0026]所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号；具体实现中，该滤波电路将所述初级信号放大电路输出的信号进行低通滤波，滤除闻频噪声；
[0027]所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号；具体实现中，该次级信号放大电路将所述滤波电路输出的信号进行二次放大，通过所述次级信号放大电路进一步提高信号的信噪比；而所述信号输出电路进一步将所述次级信号放大电路输出的信号进行保护输出。
[0028]另外，在具体实现过程中，上述的初级信号放大电路可以采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
[0029]上述的次级信号放大电路可以采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路，提高信号的信噪比。
[0030]下面以具体的实例来说明本实用新型实施例微弱机械振动波信号处理电路及其构成:
[0031]如图2所示为信号输入电路的电路示意图，结合图2:通常信号换能器捡拾的回波信号的电压信号比较微弱，一般只有IOmV (毫伏)左右，本实用新型电路设计采用单电源供电，信号输入电路通过电阻R21、电阻R22对电压VCC分压实现对信号换能器捡拾的电压信号的VCC/2偏置电压设置，同时电阻R24、电阻R25提供相应的阻抗匹配，以使得到的微弱信号能够以最强的能量传递到集成运算放大器。如图2所示，电容C21、电容C22、电容C23、电容C24主要是起滤波的作用；D1、D2、D3为稳压二极管三重防护设计，防止大电压窜入损坏后续放大电路。
[0032]如图3所示为初级信号放大电路的电路示意图，结合图3:初级信号放大电路是由三个运算放大器组成的仪用放大器，在降低电路设计成本的同时，比普通的仪用放大器的带宽增益要提高很多。采用差分信号放大，能够有效的抑制共模干扰。设有输入正端+、输入负端-、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端+接在ICl的3脚，所述的输入负端-接在ICl的5脚，经过C33、C34隔直电容，差分信号输入运算放大器IC2B的5脚、6脚，对信号进行放大处理。所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT为IC2B的7脚输出。通过调节电阻R32、R34、R37可以调节初级信号放大电路的放大倍数，以针对不同幅度的电信号进行放大处理。
[0033]如图4所示为滤波电路的电路示意图，结合图4:通过R41、C41组成RC低通滤波器，对初级信号放大电路输出的信号噪声进行滤波处理。
[0034]如图5所示为次级信号放大电路的电路示意图，结合图5:主要使用三极管、电阻、二极管实现滤波、放大功能，设有输入正端IN+、VCC端、输出端OUT、接地端GND，所述的输入正端IN+接在电阻R51与电阻R53之间，所述的VCC端与电源正极连接，所述的接地端GND与地连接，所述的输出端OUT为D55的阴极。通过三极管Q51的基极电压进一步滤除基线附近的噪声，同时使Q51、Q52工作与饱和放大状态，对信号放大的同时，实现对信号的滤波，得到信噪比非常高的有效信号。
[0035]如图6所示为信号输出电路的电路示意图，结合图6:同向跟随器的设计是为了进一步提高信号的驱动能力，D51、D52、D53为稳压二极管的三重防护设计，防止大电压窜入损坏放大电路。
[0036]综上所述，本实用新型实施例提供微弱电信号的放大及优化处理，通过信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路、信号输出电路，最终得到信噪比足够好的有效电压信号，进而提高传感器及变送器仪表的测量精度。
[0037]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于，所述处理电路包括信号换能器、信号输入电路、初级信号放大电路、滤波电路、次级信号放大电路和信号输出电路，其中: 所述信号换能器与所述信号输入电路电连接，并向所述信号输入电路输出电信号； 所述信号输入电路与所述初级信号放大电路电连接，并向所述初级信号放大电路输出微弱电压信号； 所述初级信号放大电路与所述滤波电路电连接，并向所述滤波电路输出处理后的信号; 所述滤波电路与所述次级信号放大电路电连接，并向所述次级信号放大电路输出处理后的信号； 所述次级信号放大电路与所述信号输出电路电连接，并向所述信号输出电路输出处理后的信号。
2.根据权利要求1所述微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于， 所述初级信号放大电路采用带宽增益较大的运算放大器搭建而成的仪用放大器。
3.根据权利要求1所述微弱机械振动波信号处理电路，其特征在于， 所述次级信号放大电路采用三极管与二极管搭建而成的放大整形电路。
【文档编号】H03F1/26GK203537321SQ201320566763
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】邓君, 王兴昆, 刘宝洪, 姜云贺, 谷怡然 申请人:北京京仪海福尔自动化仪表有限公司
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