本实用新型属于石墨烯超声处理装置技术领域，涉及一种电路，具体涉及一种波形发生器的相位差检测电路。
背景技术：
目前石墨烯主要的制备方法有微机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法、溶剂剥离法等，其中可以实现低成本的规模化生产的氧化还原法、溶剂剥离法都需要利用超声波将石墨烯或氧化石墨烯溶液进行分散、分层。超声波作用于液体中会产生空化作用，空化作用会形成微射流、振动等物理现象，产生巨大的能量，在微观上起到一种高速搅拌、破碎、分散的作用，从而达到石墨烯或氧化石墨烯分层效果。
石墨烯超声处理装置一般采用不同频率成分的定向高功率混频超声波对石墨原料进行机械剥离，利用其产生的不同尺寸的空化泡，控制超声波对石墨原料的剥离力量和对结构的破坏作用，实现原生石墨烯的高效制备。在制备的过程中，声场中各点声强大小、各频率分量大小对石墨烯的品质有直接影响，而由超声处理装置中波形发生器的相位差可以间接得出其大小，因此该相位差的检测至关重要。
技术实现要素：
本实用新型的目的就是针对现有石墨烯制备中超声处理装置波形发生器的相位差检测的空白，提供一种全新的、检测方便快捷的、实时性较高的电路方案。
本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型主要包括电流互感、I_V转换、乘法器和取绝对值四个部分。
所述的电流互感电路采用电流互感方式获取超声处理装置中超声波换能器和匹配电容的实时互感电流；所述的I_V转换电路实现上述实时互感电流到电压量的转换，得到两路正弦电压量；所述的乘法器电路检测两路正弦电压量的相位差，乘法器电路中的输出电压与两输入信号之间的相位差成正比，则所述相位差经所述的乘法器电路后变为正负线性电压量；所述的取绝对值电路将所述的正负线性电压量转化为正向电压，并用于单片机采样。
本实用新型充分考虑超声处理装置波形发生器的相位差检测的高效性和实时性，设计了电流互感电路；本实用新型充分考虑检测的可行性，设计了I_V转换电路、乘法器电路和取绝对值电路。设计的电路具有稳定性好、可靠性高的优点。
附图说明
图1为电流互感电路；
图2为I_V转换电路；
图3为乘法器电路；
图4为取绝对值电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型重要的技术特点在于：采用电流互感方式得到超声处理装置中超声波换能器和匹配电容的实时互感电流；为方便后续处理，本实用新型通过I_V转换电路实现电流到电压的转换；接着由乘法器电路实现超声波换能器和匹配电容的电流对应的相位差检测；最后考虑到单片机采样的特性，通过取绝对值电路将检测到的相位差变为正向电压。
如图1所示：通过电流互感器得到了超声波换能器和匹配电容的电流，其特征在于：包括第一电流互感器TI1,第二电流互感器TI2，第一耦合变压器T1，第一电感L1，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3,第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6，第一端子P1，第二端子P2。
第一耦合变压器T1的1引脚和2引脚之间有PWM输入，3引脚连接第一电感L1的一侧，4引脚接地。第一电感L1的另一侧接第一电阻R1，串联第二电阻R2、第三电阻R3后接地，同时第一电感L1该侧也连接第一电容C1和第二电容C2，第一电容的另一侧串联第三电容C3和第五电容C5后接到第二电流互感器TI2的4引脚；第二电容的另一侧串联第四电容C4和第六电容C6后同样接到第二电流互感器TI2的4引脚。第二电流互感器TI2的1引脚接信号地，3引脚接电源地，2引脚接出即为匹配电容的互感电流（I_c_comp_raw）。第一电流互感器TI1的3引脚接第二端子P2，1引脚接信号地，3引脚接电源地，2引脚接出即为超声波换能器的互感电流（I_transducer_raw）。第一端子P1接第一电容C1和第二电容C2的一侧。
第一耦合变压器T1和第一电感L1共同实现了输入PWM的幅值与能量的放大。匹配电容包括第一电容C1，第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第五电容C5和第六电容C6，其互感由第二电流互感器TI2和第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3共同实现，匹配电容上形成的交变电压由三个电阻将其变为交变电流，最后由第二电流互感器TI2由互感作用得到其电流信号（I_c_comp_raw）。超声波换能器的互感实现与匹配电容电流互感相似，超声波换能器的交变电压由电阻变为交变电流，再由第一电流互感器TI1作用得到电流信号（I_transducer_raw）。
如图2所示：将电流互感电路产生的匹配电容的互感电流（I_c_comp_raw）和超声波换能器的互感电流（I_transducer_raw）转换为电压量。其特征在于：包括运算放大器U2（用到两路U2A和U2B）, 第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，第四二极管D4，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第三三极管Q3，第四三极管Q4，第五电阻R5，第六电阻R6，第十一电阻R11,第十六电阻R16，第十九电阻R19，第二十电阻R20，第二十一电阻R21，第二十三电阻R23。
匹配电容的互感电流（I_c_comp_raw）接入运算放大器U2的2引脚，且U2的2引脚与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极相连。第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极以及运算放大器U2的3引脚相连接，且同时接入地。运算放大器U2的2引脚接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端为I_V电路的输出I_c_comp，且分别与第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的集电极相连。第六电阻R6的一端接5V电源，另一端连接第一三极管Q1的集电极。第十一电阻R11的一端接-5V电源，另一端连接第二三极管Q2的集电极。第十六电阻R16的一端连接运算放大器U2的1引脚，另一端连接第一三极管Q1和第二三极管Q2的基极。
超声波换能器的互感电流（I_transducer_raw）接入运算放大器U2的6引脚，且U2的6引脚与第三二极管D3的正极和第四二极管D4的负极相连。第三二极管D3的负极和第四二极管D4的正极以及运算放大器U2的5引脚相连接，且同时接入地。运算放大器U2的6引脚接第十九电阻R19的一端，第十九电阻R19的另一端为I_V电路的输出I_transducer，且分别与第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的集电极相连。第二十电阻R20的一端接5V电源，另一端连接第三三极管Q3的集电极。第二十一电阻R21的一端接-5V电源，另一端连接第四三极管Q4的集电极。第二十三电阻R23的一端连接运算放大器U2的7引脚，另一端连接第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极。
匹配电容的互感电流（I_c_comp_raw）经过运算放大器U2A和第五电阻R5的作用产生电压信号I_c_comp。第一三极管Q1，第二三极管Q2，第六电阻R6，第十一电阻R11和第十六电阻R16组合形成甲类推挽式功率放大器，第一三极管Q1和第二三极管Q2交替导通，使电压信号I_c_comp变为正弦信号。
超声波换能器的互感电流（I_transducer_raw）经过运算放大器U2B和第十九电阻R19的作用产生电压信号I_transducer。第三三极管Q3，第四三极管Q4，第二十电阻R20，第二十一电阻R21和第二十三电阻R23组合形成甲类推挽式功率放大器，第三三极管Q3和第四三极管Q4交替导通，使电压信号I_transducer变为正弦信号。
如图3所示：I_V转换电路之后的输出电压量I_c_comp和I_transducer的波形为正弦，则由乘法器电路即可检测出两个电压量的相位差。其特征在于：包括模拟乘法器U1，第七电容C7, 第八电容C8, 第九电容C9, 第十电容C10, 第十一电容C11, 第十二电容C12, 第十三电容C13, 第十四电容C14,第四电阻R4，第七电阻R7，第八电阻R8，第九电阻R9，第十电阻R10，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第十五电阻R15，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十四电位器R14。
I_V转换电路之后的输出电压量I_c_comp一方面经过第九电容C9连接到模拟乘法器U1的1引脚，另一方面连接到第七电阻R7和第十电阻R10的一端，第七电阻R7的另一端接地，第十电阻R10的另一端接电位器R14的1引脚。模拟乘法器U1的2引脚接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端接U1的3引脚。第十一电容C11和第十二电阻R12并联，其一端接入U1的4引脚，另一端接地。模拟乘法器U1的4引脚接第十五电阻R15的一端，第十五电阻的另一端接电位器R14的2引脚，电位器R14的3引脚接入-8V的电源。模拟乘法器U1的5引脚通过第十八电阻R18接入地，模拟乘法器U1的6引脚通过第十四电容C14接地。
I_V转换电路之后的输出电压量I_transducer经过第十二电容C12连接到模拟乘法器U1的8引脚，且模拟乘法器U1的8引脚通过第十三电阻R13与10引脚相连，第十三电容C13和第十七电阻R17并联的一端炼狱模拟乘法器U1的8引脚，另一端接地。模拟乘法器U1的14引脚接-8V电源。模拟乘法器U1的12引脚接第九电阻的一端，第九电阻的另一端接12V电源，且U1的12引脚通过第十电容C10接地，该引脚还与第四电阻R4的一端相连接，第四电阻R4的另一端接第八电容C8的一端和第七电容C7的一端。第八电容C8的另一端接地，第七电容C7的另一端即输出I_Output。
该部分以模拟乘法器芯片MC1496为核心，利用相位检波原理，将调相信号（由超声波换能器互感电流得到的正弦信号I_transducer）与载波信号（由匹配电容互感电流得到的正弦信号I_c_comp）的相位相减，再由模拟乘法器芯片MC1496与外围电路组成的低通滤波部分将高频信号滤除，则该电路的输出信号与输入信号的相位偏移成正比，即可实现相位差检测功能。
如图4所示：由前面部分已得出波形发生器的相位差I_Output，但是该信号存在正负，不适用于单片机采样，因此需要取绝对值电路进行信号的取绝对值操作。其特征在于：包括第三运算方法器U3，第二十二电阻R22，第二十四电阻R24，第二十五电阻R25，第二十六电阻R26，第二十七电阻R27，第二十八电阻R28，第二十九电阻R29，第六二极管D6和第五二极管D5。
波形发生器的相位差信号I_Output经过第二十二电阻R22接入第三运算放大器U3的2引脚，且经过第二十七电阻R27第三运算放大器U3的6引脚。第三运算放大器U3的3引脚和5引脚接信号地，2引脚连接第五二极管的负极和第二十五电阻R25的一端，第三运算放大器U3的1引脚接第五二极管Q5的正极和第六二极管Q6的负极，第六二极管Q5的正极接第二十五电阻R25的另一端并经过第二十六电阻接入第三运算放大器U3的6引脚。第三运算放大器U3的6引脚经过第二十八电阻R28接入第三运算放大器U3的7引脚得到结果信号AIN01并输入到单片机采样。
当电阻R25=R27=R28=R22=2*R26时，由运放电路的虚短虚断原理得：输入信号I_Output为负电压信号（设为Vi）时，第三运算放大器U3的1引脚输出电压为0，第三运算放大器U3的7引脚输出为-Vi；当输入信号为正时，第三运算放大器U3的1引脚输出电压为（），第三运算放大器U3的7引脚输出电压为，即为Vi等于输入信号。实现了信号的取绝对值。