一种高精度超声波反射信号接收处理电路的制作方法

一种高精度超声波反射信号接收处理电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及信号处理领域，具体涉及一种高精度超声波反射信号接收处理电路。
【背景技术】
[0002]由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单，易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。
[0003]超声波测距的原理很简单，超声波发生器向某一方向发射超声波，在发射的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立刻返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时，根据传播时间和传播速度即可算出发射点到障碍物的距离，这就是测距的原理，与雷达原理一样。
[0004]由于超声波信号在空气中传播时受到很大程度的衰减，所以反射回的超声波信号非常的微弱，如果直接将该反射波信号送入后级电路，容易导致后级电路错误处理。同时，由于超声波在传播过程中还会受到其它干扰信号的影响，反射波信号势必会影响到后级电路的处理，影响整个电路的处理精度，甚至是信号的稳定性。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种高精度超声波反射信号接收处理电路，使反射波信号能够达到足够的幅度，以便后级电路能够正确的处理，同时还能消除反射波中干扰信号造成的影响，提高信号的精度和稳定性。
[0006]本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案实现:
[0007]一种高精度超声波反射信号接收处理电路，包括声音接收器P、前置放大单元、带通滤波单元以及同相比例放大器，所述前置放大单元包括第一运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容Cl、电容C2、电容C3以及电容C4 ;所述电容Cl的一端接地，另一端与电阻Rl串联后连接在第一运算放大器Ul的反相输入端；所述声音接收器P与电容C2串联后连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R2的一端连接在第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端连接在第一运算放大器Ul的输出端；所述电阻R3的一端接地，另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R6的一端接地，另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R5的一端接+12V电平，另一端连接在电阻R4与电阻R6之间；所述电容C3并联在电阻R6的两端，电容C4连接在第一运算放大器Ul的输出端；
[0008]所述带通滤波单元包括低通滤波电路和高通滤波电路，所述低通滤波电路包括滑动变阻器RW和电容C6，高通滤波电路包括电容C5和电阻R7，所述同相比例放大器包括第二运算放大器U2、电阻R8和电阻R10，所述滑动变阻器RW的一端连接电容C4，另一端与电容C5串联后连接在第二运算放大器U2的同相输入端；所述电阻R7的一端接地，另一端连接在第二运算放大器U2的同相输入端；所述电容C6的一端接地，另一端连接在滑动变阻器RW与电容C5之间；所述电阻R8的一端接地，另一端连接到第二运算放大器U2的反相输入端；所述电阻RlO的一端连接在第二运算放大器U2的反相输入端，另一端连接在第二运算放大器U2的输出端；还包括电阻R9，所述电阻R9的一端连接在第二运算放大器U2的输出端，另一端连接在电容C5与电容C6之间；
[0009]还包括仪表放大器U3，所述仪表放大器U3的正输入端与电容C7串联后连接在第二运算放大器U2的输出端，仪表放大器U3的负输入端与电阻Rll串联后接地，仪表放大器U3的输出端依次连接串联的电容C8和电阻R13，电阻R13接地。
[0010]进一步地，作为优选方案，所述第一运算放大器Ul的型号为TLC2654或TLC4501。
[0011]进一步地，作为优选方案，所述第二运算放大器U2的型号为TLC2654或TLC4501。
[0012]进一步地，作为优选方案，所述同相比例放大器的增益小于3，且带通滤波单元的中心频率为40kHz。
[0013]进一步地，作为优选方案，所述电阻R4、电阻R5、电阻R6的阻值均为100K Ω。
[0014]进一步地，作为优选方案，所述声音接收器P为麦克风。
[0015]进一步地，作为优选方案，所述仪表放大器U3的型号为AD8221。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0017](I)本实用新型通过设置前置放大单元、带通滤波单元、同相比例放大器，将声音接收器接收到的反射波信号进行依次放大、滤波、再放大，前置放大单元为同相交流放大电路，具有很高的输入阻抗，而带通滤波单元由低通滤波电路和高通滤波电路串联组成，低通滤波电路由滑动变阻器RW和电容C6组成，高通滤波电路由电容C5和电阻R7组成，带通滤波单元为二阶RC有源滤波，消除了超声波传播过程中受到的干扰信号的影响，从而整个电路不仅实现了反射波信号的有效放大，使其能够送入到后级电路进行正确处理，同时由于消除了干扰信号的影响，能够提高信号的精度。
[0018](2)本实用新型通过将同相比例放大器的增益控制在3以内，同时将带通滤波单元的中心频率设置在40kHz，从而保证了电路能够稳定地工作，提高了信号放大、滤波的可靠性，使输出的信号精度更高。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的电路结构图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0021]实施例:
[0022]如图1所示，本实施例所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，包括声音接收器P、前置放大单元、带通滤波单元以及同相比例放大器，声音接收器P可以是麦克风，也可以是其它接收声音的设备，前置放大单元包括第一运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容Cl、电容C2、电容C3以及电容C4，电阻R4、电阻R5、电阻R6均为偏置电阻，用于设置放大器的静态工作点；电容Cl、电容C2、电容C4为隔直电容，电容Cl的一端接地，另一端与电阻Rl串联后连接在第一运算放大器Ul的反相输入端；声音接收器P与电容C2串联后连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；电阻R2的一端连接在第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端连接在第一运算放大器Ul的输出端；电阻R3的一端接地，另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；电阻R6的一端接地，另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；电阻R5的一端接+12V电平，另一端连接在电阻R4与电阻R6之间；电容C3并联在电阻R6的两端，电容C4连接在第一运算放大器Ul的输出端。
[0023]本实施例的带通滤波单元包括低通滤波电路和高通滤波电路，低通滤波电路包括滑动变阻器RW和电容C6，高通滤波电路包括电容C5和电阻R7，同相比例放大器包括第二运算放大器U2、电阻R8和电阻R10，滑动变阻器RW的一端连接电容C4，另一端与电容C5串联后连接 在第二运算放大器U2的同相输入端；电阻R7的一端接地，另一端连接在第二运算放大器U2的同相输入端；电容C6的一端接地，另一端连接在滑动变阻器RW与电容C5之间；电阻R8的一端接地，另一端连接到第二运算放大器U2的反相输入端；电阻RlO的一端连接在第二运算放大器U2的反相输入端，另一端连接在第二运算放大器U2的输出端；还包括电阻R9，电阻R9的一端连接在第二运算放大器U2的输出端，另一端连接在电容C5与电容C6之间。
[0024]本实施例还包括仪表放大器U3，仪表放大器U3的型号可选AD8221，仪表放大器U3的正输入端与电容C7串联后连接在第二运算放大器U2的输出端，仪表放大器U3的负输入端与电阻Rl I串联后接地，仪表放大器U3的输出端依次连接串联的电容C8和电阻R13，电阻R13接地，同时，仪表放大器U3还有一些外围匹配元器件，但都是常规选择，比如仪表放大器U3的两个RG端连接电阻R12，+VS、-VS端分别接+12V、-12V。
[0025]另外，为了使电路能够稳定的工作，本实施例将同相比例放大器的增益控制在3，假设增益用S表示，那么S=l+R9/R10 ;同时本实施例还将带通滤波单元的中心频率设置为40kHz，假设中心频率用w表示，那么w=l/R12C2(l、RW+l/R13)。
[0026]本实施例的工作原理:首先，声音接收器P接收超声反射波，并经电容C2从第一运算放大器Ul的同相输入端输入，经放大后输出，然后经电容C4进入带通滤波单元，在滑动变阻器RW和电容C6组成的低通滤波电路、电容C5和电阻R7组成的高通滤波电路的作用下，将反射波中的干扰信号滤除，然后再经第二运算放大器U2放大后输出，最后再经仪表放大器放大，输出到后级电路(如信号变化电路)。
[0027]以上提到的元器件的型号或参数选择如下:
[0028]电阻Rl: 100K Ω，电阻 R2:100K Ω，电阻 R3:39 K Ω，电阻 R4:100K Ω，电阻 R5:100ΚΩ，电阻 R6:100ΚΩ ;电阻 R7:12ΚΩ，电阻 R8:22ΚΩ，电阻 R9:5.6 ΚΩ，电阻 R10:22ΚΩ，电阻 Rll:5.1 ΚΩ，电阻 R12:499 Ω，电阻 R13:2 ΚΩ ；
[0029]电容 Cl:0.01 μ F，电容 C2:0.01 μ F，电容 C3:10 yF,电容 C4:0.01 μ F ;电容 C5:470pF，电容 C6:470pF，电容 C7:10 μ F，电容 C8:10 μ F，
[0030]第一运算放大器Ul:TLC2654 或 TLC4501 ；
[0031]第二运算放大器U2:TLC2654 或 TLC4501。
[0032]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:包括声音接收器P、前置放大单元、带通滤波单元以及同相比例放大器，所述前置放大单元包括第一运算放大器Ul、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电容Cl、电容C2、电容C3以及电容C4 ;所述电容Cl的一端接地，另一端与电阻Rl串联后连接在第一运算放大器Ul的反相输入端；所述声音接收器P与电容C2串联后连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R2的一端连接在第一运算放大器Ul的反相输入端，另一端连接在第一运算放大器Ul的输出端；所述电阻R3的一端接地，另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R6的一端接地，另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接在第一运算放大器Ul的同相输入端；所述电阻R5的一端接+12V电平，另一端连接在电阻R4与电阻R6之间；所述电容C3并联在电阻R6的两端，电容C4连接在第一运算放大器Ul的输出端； 所述带通滤波单元包括低通滤波电路和高通滤波电路，所述低通滤波电路包括滑动变阻器RW和电容C6，高通滤波电路包括电容C5和电阻R7，所述同相比例放大器包括第二运算放大器U2、电阻R8和电阻R10，所述滑动变阻器RW的一端连接电容C4，另一端与电容C5串联后连接在第二运算放大器U2的同相输入端；所述电阻R7的一端接地，另一端连接在第二运算放大器U2的同相输入端；所述电容C6的一端接地，另一端连接在滑动变阻器RW与电容C5之间；所述电阻R8的一端接地，另一端连接到第二运算放大器U2的反相输入端；所述电阻RlO的一端连接在第二运算放大器U2的反相输入端，另一端连接在第二运算放大器U2的输出端；还包括电阻R9，所述电阻R9的一端连接在第二运算放大器U2的输出端，另一端连接在电容C5与电容C6之间； 还包括仪表放大器U3，所述仪表放大器U3的正输入端与电容C7串联后连接在第二运算放大器U2的输出端，仪表放大器U3的负输入端与电阻Rll串联后接地，仪表放大器U3的输出端依次连接串联的电容C8和电阻R13，电阻R13接地。
2.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述第一运算放大器Ul的型号为TLC2654或TLC4501。
3.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述第二运算放大器U2的型号为TLC2654或TLC4501。
4.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述同相比例放大器的增益小于3，且带通滤波单元的中心频率为40kHz。
5.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述电阻R4、电阻R5、电阻R6的阻值均为100K Ω。
6.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述声音接收器P为麦克风。
7.根据权利要求1所述的一种高精度超声波反射信号接收处理电路，其特征在于:所述仪表放大器U3的型号为AD8221。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度超声波反射信号接收处理电路，包括声音接收器P、前置放大单元、带通滤波单元以及同相比例放大器，带通滤波单元包括低通滤波电路和高通滤波电路，低通滤波电路包括滑动变阻器RW和电容C6，高通滤波电路包括电容C5和电阻R7，还包括仪表放大器U3，仪表放大器U3的正输入端与电容C7串联后连接在第二运算放大器U2的输出端，仪表放大器U3的输出端依次连接串联的电容C8和电阻R13，电阻R13接地。本实用新型采用上述结构，能够使反射波信号能够达到足够的幅度，以便后级电路能够正确的处理，同时还能消除反射波中干扰信号造成的影响，提高信号的精度和稳定性。
【IPC分类】G01S7-52
【公开号】CN204613400
【申请号】CN201520379965
【发明人】胡志鹏, 周蓉君, 王超, 邓晓燕
【申请人】胡志鹏, 周蓉君, 王超, 邓晓燕
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月4日