用于涡街流量计的宽量程前置放大电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，解决了可测信号频率有限的问题，其包括信号输入端Pin、放大电路输出端Pout及连接在所述信号输入端Pin与放大电路输出端Pout之间的三级放大电路，其特征在于：所述三级放大电路包括依次连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，在第二、第三级放大电路的负输入端以及第二、第三级放大电路的负输入端与输出端之间均设有开关电路，通过频段控制电路改变输出的数字信号A1、A2的高低电平状态，来控制开关电路中的通断，从而决定相应的电容是否接入第二、第三级放大电路中，最终对第二、第三级放大电路中的电容值进行调节，在保证信号准确度的情况下，使得可测信号频率范围扩大为原来的3倍。
【专利说明】用于涡街流量计的宽量程前置放大电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种放大电路，特别涉及一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路。
【背景技术】
[0002]涡街流量计是根据卡门(Karman)涡街原理研究生产的，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器，可靠性高，可在_20°C?+250°C的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。
[0003]前置放大电路是磁电式涡街流量计的最核心技术，它的性能决定了涡街流量计的性能，前置放大电路的每一级放大电路的匹配参数一般都是固定的，而根据输入信号的不同，不能使得一级放大电路工作在最佳状态，故信号经放大电路容易产生干扰，且可测信号频率有限。
实用新型内容
[0004]为了克服可测信号频率有限的不足，本实用新型提供一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其包括信号输入端Pin、放大电路输出端Pout及连接在所述信号输入端Pin与放大电路输出端Pout之间的三级放大电路，所述三级放大电路包括依次连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，在第二、第三级放大电路的负输入端以及第二、第三级放大电路的负输入端与输出端之间均设有开关电路，所述开关电路由第一支路和第二支路并联组成，所述第一支路由通过数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3与一个电容串联组成，所述第二支路由通过数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2与另一个电容串联组成。
[0006]所述数字信号A1、A2由频段控制电路输出。
[0007]还包括电压跟随器，所述电压跟随器包含运算放大器U1D、电容Cl、电阻R1/R2/R3，运算放大器UlD的正输入端12经电阻R1、电容Cl与信号输入端Pin连接，负输入端13与输出端14连接，输出端14经电阻R3、R2与正输入端12连接。
[0008]还包括基准电压源，所述基准电压源包括电阻RA/Rb和电容E1/E2，供电电压经电阻RA、RB后接地，电容El与电阻RA并联，电容E2与电阻RB并联。
[0009]所述第一级放大电路包括一级运算放大器U1C、电容C2/C3、电阻R4/R5/R6，一级运算放大器UlC的正输入端10与电阻RA、RB的节点连接，且经电阻R4与电阻R2、R3的节点连接，负输入端9经电阻R5、电容C2与运算放大器UlD的输出端14连接，输出端8经电阻R6与负输入端9连接，电容C3与电阻R6并联。
[0010]所述第二级放大电路包括二级运算放大器U1B、电容C4/C7、电阻R7/R8，二级运算放大器UlB的正输入端7与电阻RA、RB的节点连接，负输入端6经电阻R7、电容C4与一级运算放大器UlC的输出端8连接，输出端5经电阻R8与负输入端6相连，电容C7与电阻R8并联；在电容C4两端、电容C7两端均并联有开关电路。
[0011]所述第三级放大电路包括三级运算放大器U1A、电容C10/C13、电阻R9/R10/ Rll,三级运算放大器UlA的正输入端3与电阻RA、RB的节点连接，负输入端2经电阻R9、电容ClO与二级运算放大器UlB的输出端5相连，输出端I经电阻RlO与负输入端2相连，电容C13与电阻RlO并联，输出端I经电阻RlI输出信号，作为放大电路输出端Pout ;在电容ClO两端、电容C13两端均并联有开关电路。
[0012]所述电容C2/E1/E2均为极性电容。
[0013]本实用新型的有益效果是:该用于涡街流量计的宽量程前置放大电路通过频段控制电路改变输出的数字信号Al、A2的高低电平状态，来控制开关电路中的第一、第二支路的通断，从而决定相应的电容是否接入第二、第三级放大电路中，最终对第二、第三级放大电路中的电容值进行调节，在保证信号准确度的情况下，使得可测信号频率范围扩大为原来的3倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的三级放大电路图。
[0015]图2是本实用新型频段控制电路。
[0016]图3是本实用新型数字信号Al、A2高电平下的三级放大电路图。
[0017]图4是本实用新型数字信号Al低电平、A2高电平下的三级放大电路图。
[0018]图5是本实用新型数字信号Al、A2低电平下的三级放大电路图。
[0019]图6是本实用新型开关电路图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明:
[0021]如图1、图2和图6所示，一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其包括信号输入端Pin、放大电路输出端Pout及连接在所述信号输入端Pin与放大电路输出端Pout之间的三级放大电路，所述三级放大电路包括依次连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，在第二、第三级放大电路的负输入端以及第二、第三级放大电路的负输入端与输出端之间均设有开关电路，所述开关电路由第一支路I和第二支路2并联组成，所述第一支路I由通过数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3与一个电容串联组成，所述第二支路2由通过数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2与另一个电容串联组成，所述数字信号Al、A2由频段控制电路输出，通过频段控制电路改变输出的数字信号Al、A2的高低电平状态，来控制开关电路中的第一、第二支路的通断，从而决定相应的电容是否接入第二、第三级放大电路中，最终对第二、第三级放大电路中的电容值进行调节，在保证信号准确度的情况下，使得可测信号频率范围扩大为原来的3倍。
[0022]还包括电压跟随器，所述电压跟随器包含运算放大器U1D、电容Cl、电阻R1/R2/R3，运算放大器UlD的正输入端12经电阻R1、电容Cl与信号输入端Pin连接，电阻Rl用于保护输入端，电容Cl为稱合电容,将交流信号从前一级传到下一级,负输入端13与输出端14连接，输出电压与输入电压相同，使得电压跟随器的电压放大倍数接近I，输出端14经电阻R3、R2与正输入端12连接，提高输入阻抗，使得输入电容的容量可以大幅度减小，同时减小信号在前级的输出电阻中的损耗。
[0023]还包括基准电压源，所述基准电压源包括电阻RA/RB和电容E1/E2，供电电压+3V经电阻RA和RB后接地，电容El与电阻RA并联，电容E2与电阻RB并联，所述电容E1/E2均为极性电容，由电阻RA、RB对+3V的供电电压进行分压，恒定地给一级、二级、三级运算放大器的正输入端提供+1.5V的输入电压。
[0024]所述第一级放大电路包括一级运算放大器U1C、电容C2/C3、电阻R4/R5/R6，一级运算放大器UlC的正输入端10与电阻RA、RB的节点连接，且经电阻R4与电阻R2、R3的节点连接，负输入端9经电阻R5、电容C2与运算放大器UlD的输出端14连接，输出端8经电阻R6与负输入端9连接，电容C3与电阻R6并联，电容C3为滤波电容，所述电容C2为极性电容，用极性电容来对信号进行耦合，得到信号中较稳定的交流分量。
[0025]所述第二级放大电路包括二级运算放大器U1B、电容C4/C7、电阻R7/R8，二级运算放大器UlB的正输入端7与电阻RA、RB的节点连接，负输入端6经电阻R7、电容C4与一级运算放大器UlC的输出端8连接，电容C4为耦合电容，输出端5经电阻R8与负输入端6相连，电容C7与电阻R8并联，电容C7为滤波电容；在电容C4两端并联第一开关电路，所述第一开关电路包括由数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3A、由数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2A和电容C5/C6，第一模拟开关U3A与电容C5串联后，并联在电容C4两端，第二模拟开关U2A跟电容C6串联后，并联在电容C4两端；在电容C7两端并联第二开关电路，所述第二开关电路包括由数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3B、由数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2B和电容C8/C9，第一模拟开关U3B与电容C8串联后，并联在电容C7两端，第二模拟开关U2B跟电容C9串联后，并联在电容C7两端。
[0026]所述第三级放大电路包括三级运算放大器U1A、电容C10/C13、电阻R9/R10/ Rll,三级运算放大器UlA的正输入端3与电阻RA、RB的节点连接，负输入端2经电阻R9、电容ClO与二级运算放大器UlB的输出端5相连，输出端I经电阻RlO与负输入端2相连，电容C13与电阻RlO并联，输出端I经电阻Rll输出信号Pout，作为放大电路信号输出端Pout ；在电容ClO两端并联第三开关电路，所述第三开关电路包括由数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3C、由数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2C和电容C11/C12，第一模拟开关U3C与电容Cll串联后，并联在电容ClO两端，第二模拟开关U2C跟电容C12串联后，并联在电容ClO两端；电容C13两端并联第四开关电路，所述第四开关电路包括由数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3D、由数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2D和电容C14/C15，第一模拟开关U3D与电容C14串联后，并联在电容C13两端，第二模拟开关U2D跟电容C15串联后，并联在电容C13两端。
[0027]频段控制电路包括CD4060芯片、分频电路和D触发器U10A/U10B，所述CD4060芯片是带振荡驱动的14级二进制分频电路，根据需要从管脚Q4-Q14选择所需频率，本实用新型选用Q12-Q14 (即2Ηζ、4Ηζ、8Ηζ)作为标准频率1，接D触发器UlOB的管脚CLK，做时钟信号，选用Q7-Q9 (即32取、64取、128取)作为标准频率2，接0触发器仍(^的管脚0^，做时钟信号，以第一级运算放大器UlC的输出端8的输出信号作为分频电路的信号源Port，分频电路采用两个二进制加法计数器U8A/U8B来对信号源Port进行分频得到信号频率I和信号频率2，信号频率I接D触发器UlOB的管脚D和管脚S，信号频率2接D触发器UlOA的管脚D和管脚S，在D触发器U10A/U10B中，D和CLK进行比较判断，输出比较结果数字信号A1、A2。
[0028]输出的数字信号Al、A2有以下三种情况:
[0029]第一种情况:信号频率I小于标准频率I时，Al输出为高电平，A2输出为高电平；
[0030]第二种情况:信号频率I大于或等于标准频率I，且信号频率2小于标准频率2时，Al输出为低电平，A2输出为高电平；
[0031]第三种情况:信号频率2大于标准频率2时，Al输出为低电平，A2输出为低电平。
[0032]如图3所示，第一种情况下，模拟开关U2、U3均接入第二、第三级放大电路中，此时电容C4/C5/C6并联、电容C7/C8/C9并联、电容C10/C11/C12并联、电容C13/14/15并联；
[0033]如图4所示，第二种情况下，模拟开关U2接入第二、第三级放大电路中，U3不接入第二、第三级放大电路中，此时电容C4/ C6并联、电容C7/ C9并联、电容C1/ C12并联、电容C13/15并联；
[0034]如图5所示，第三种情况下，模拟开关U2、U3均不接接入第二、第三级放大电路中，此时第二、第三级放大电路中只有电容C4、电容C7、电容10、电容C13。
[0035]由于电容越并电容值越大，如此根据不同口径的磁电式涡街流量计(即信号输入端的初始信号频率不同)，通过频段控制电路控制数字信号Al、A2的高低电平状态，改变接入第二、第三级放大电路的电容个数，使得对每一级电路进行匹配调整，使整个前置的工作在每一段范围内都能达到最佳状态，最终巧妙地实现了 “单个电路三种信号处理模式”。
[0036]以上结合附图所描述的实施例仅是本实用新型的优选实施方式，而并非对本实用新型的保护范围的限定，任何基于本实用新型精神所做的改进都理应在本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其包括信号输入端Pin、放大电路输出端Pout及连接在所述信号输入端Pin与放大电路输出端Pout之间的三级放大电路，其特征在于:所述三级放大电路包括依次连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路，在第二、第三级放大电路的负输入端以及第二、第三级放大电路的负输入端与输出端之间均设有开关电路，所述开关电路由第一支路(I)和第二支路(2)并联组成，所述第一支路(I)由通过数字信号Al控制通断的第一模拟开关U3与一个电容串联组成，所述第二支路(2)由通过数字信号A2控制通断的第二模拟开关U2与另一个电容串联组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:所述数字信号A1、A2由频段控制电路输出。
3.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:还包括电压跟随器，所述电压跟随器包含运算放大器U1D、电容Cl、电阻R1/R2/R3，运算放大器UlD的正输入端12经电阻R1、电容Cl与信号输入端Pin连接，负输入端13与输出端14连接，输出端14经电阻R3、R2与正输入端12连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:还包括基准电压源，所述基准电压源包括电阻RA/Rb和电容E1/E2，供电电压经电阻RA、RB后接地，电容El与电阻RA并联，电容E2与电阻RB并联。
5.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:所述第一级放大电路包括一级运算放大器U1C、电容C2/C3、电阻R4/R5/R6，一级运算放大器UlC的正输入端10与电阻RA、RB的节点连接，且经电阻R4与电阻R2、R3的节点连接，负输入端9经电阻R5、电容C2与运算放大器UlD的输出端14连接，输出端8经电阻R6与负输入端9连接，电容C3与电阻R6并联。
6.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:所述第二级放大电路包括二级运算放大器U1B、电容C4/C7、电阻R7/R8，二级运算放大器UlB的正输入端7与电阻RA、RB的节点连接，负输入端6经电阻R7、电容C4与一级运算放大器UlC的输出端8连接，输出端5经电阻R8与负输入端6相连，电容C7与电阻R8并联；在电容C4两端、电容C7两端均并联有开关电路。
7.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:所述第三级放大电路包括三级运算放大器U1A、电容C10/C13、电阻R9/R10/ Rl I，三级运算放大器UlA的正输入端3与电阻RA、RB的节点连接，负输入端2经电阻R9、电容ClO与二级运算放大器UlB的输出端5相连，输出端I经电阻RlO与负输入端2相连，电容C13与电阻RlO并联，输出端I经电阻Rll输出信号，作为放大电路输出端Pout ;在电容ClO两端、电容C13两端均并联有开关电路。
8.根据权利要求1所述的一种用于涡街流量计的宽量程前置放大电路，其特征在于:所述电容C2/E1/E2均为极性电容。
【文档编号】H03F3/45GK204013418SQ201420334654
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】黄科, 董如凯, 范叔阄 申请人:苍南华宇科技开发有限公司