一种提高超声波有效回波信号处理电路

本发明涉及超声波测距领域，尤其涉及一种提高超声波有效回波信号处理电路。

背景技术：

1、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的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。

2、超声波测距作为一种非接触式测量方法，已经广泛应用于工业自动测量和控制。然而超声波在实际应用中，其在空气中的衰减性大，以及一些小物体不能反射足够的声波，或者某些特定形状的物体会使反射波偏离等等，这些因素使得反射波变得复杂，尤其在经过常规的一些处理方法后，回波信号变得异常复杂，难以准确提取有效数据。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种可有效提高超声波有效回波信号的处理电路，该电路中回波信号经过三级处理，反复经过隔直、放大后，保留有效回波信号；此外，本发明中回波输出信号最后再经过数字电位器的配合，使信号更加干净。

2、为了实现上述的技术目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种提高超声波有效回波信号处理电路，包括：

4、滤波、隔直放大电路，其输入端与外部信号端连接，用于对输入的信号进行滤波、隔直与放大；

5、信号解调电路，其输入端连接滤波、隔直放大电路的输出端，用于对滤波、隔直放大电路输出的信号进行解调、隔直并吸收杂波；

6、隔直放大电路，其输入端连接信号解调电路的输出端，用于对信号解调电路输出的信号进行隔直、放大后输出。

7、作为一种可能的实施方式，进一步，所述滤波、隔直放大电路包括三极管q1、rc回路与运算放大器u3，所述三极管q1的基极连接r6一端，所述r6另一端通过c6与外部信号端连接，所述三极管q1的发射极通过r8接地，vcc通过r2连接三极管q1的集电极，r5的一端连接至三极管q1集电极与r2之间的公共端，r5的另一端连接至三极管q1基极与r6之间的公共端，所述三极管q1集电极与r2之间的公共端依序连接c4、r4、c5后连接至运算放大器u3的引脚2，vcc通过第一分压电路分压后分别连接运算放大器u3的引脚3与引脚5，运算放大器u3的引脚1依序连接c3、r1、c8后连接至运算放大器u3的引脚6，所述运算放大器u3的引脚7连接c9的一端，所述c9另一端连接信号解调电路输入端。

8、作为一种较优的选择实施方式，优选的，c1的一端连接vcc与r2之间的公共端，c1的另一端接地。

9、作为一种可能的实施方式，进一步，所述第一分压电路包括r11、r12、r13，所述vcc依序连接r11、r12、r13，所述r13的另一端接地，所述r12与r13之间的公共端分别连接运算放大器u3的引脚3与引脚5。

10、作为一种较优的选择实施方式，优选的，c11一端连接r11与r12之间的公共端，所述c11的另一端接地；c10的一端连接r12与r13之间的公共端，所述所述c10的另一端接地。

11、作为一种较优的选择实施方式，优选的，c2的一端连接至运算放大器u3的引脚1与c3之间的公共端，所述c2的另一端连接至c5与r4之间的公共端；r7的一端连接至c2与r4之间的公共端，所述r7的另一端接地；c7的一端连接至运算放大器u3的引脚7与c9之间的公共端，c7的另一端连接至c8与r1之间的公共端，所述c7中和c8与r1之间的公共端相连的一端连接r9，r9的另一端接地；r10的一端连接至c8与运算放大器u3的引脚6之间的公共端，所述r10的另一端连接至c9与运算放大器u3的引脚7之间的公共端。

12、作为一种可能的实施方式，进一步，所述信号解调电路包括高速电压输出型对数放大器u1，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚8连接c12的一端，所述c12的另一端连接r14，所述r14的另一端接地，所述滤波、隔直放大电路的输出端连接c12与r14之间的公共端，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚4连接c17的一端，所述c17的另一端连接r16，所述r16的另一端连接隔直放大电路的输入端。

13、作为一种较优的选择实施方式，优选的，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚1与引脚3分别通过c13与c14接地；所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚2接地；vcc依序连接r15、c16，所述c16另一端接地，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚5与引脚7均连接至r15与c16之间的公共端，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚6通过c15接地。

14、作为一种可能的实施方式，进一步，所述隔直放大电路包括rc滤波电路、数字电位计u2与运算放大器u4，所述运算放大器u4的引脚3连接信号解调电路的输出端，所述数字电位计u2输出到运算放大器u4的引脚2端，所述运算放大器u4的引脚1通过第二分压电路分压后将信号(即所需要的回波信号)输出。

15、作为一种可能的实施方式，进一步，所述第二分压电路包括r17与r18，所述运算放大器u4的引脚1依序连接r17与r18，所述r18另一端接地，所述隔直放大电路的输出端连接至r17与r18之间的公共端；

16、所述运算放大器u4的引脚8与c18的一端连接vcc，所述c18的另一端连接运算放大器u4的引脚5，所述c18与运算放大器u4的引脚5之间的公共端接地，所述运算放大器u4的引脚6连接运算放大器u4的引脚7；

17、所述数字电位计u2的引脚1与引脚8均连接至vcc，c20的一端连接至数字电位计u2的引脚1与引脚8之间的公共端，所述c20的另一端接地，所述数字电位计u2的引脚2连接至c20接地的一端，所述数字电位计u2的引脚5接地，所述数字电位计u2的引脚4与引脚6相连接，所述数字电位计u2的引脚4与引脚6之间的公共端连接运算放大器u4的引脚1与r17之间的公共端；

18、所述rc滤波电路包括r19、r20、r21和c19，所述数字电位计u2的引脚3连接r20的一端，所述r20的另一端连接运算放大器u4的引脚2，所述r19的一端连接至r20与运算放大器u4的引脚2之间的公共端，所述r19的另一端接地，所述r21的一端连接至数字电位计u2的引脚3与r20之间的公共端，所述r21的另一端连接至数字电位计u2的引脚4与引脚6之间的公共端，所述c19的一端接至运算放大器u4的引脚2与r20之间的公共端，所述c19的另一端连接至运算放大器u4的引脚1与r17之间的公共端。

19、采用上述的技术方案，本发明与现有技术相比，其具有的有益效果为：

20、现有技术中一般都是滤波后进行放大，杂波信号不能完全滤除，经过放大后，回波中也含有大量的杂波信号，影响判断；而本发明经过多次的隔直放大，有效滤除杂波，最后经过数字电位器的配合，使回波信号更加干净、无噪声。

技术特征：

1.一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述滤波、隔直放大电路包括三极管q1、rc回路与运算放大器u3，所述三极管q1的基极连接r6一端，所述r6另一端通过c6与外部信号端连接，所述三极管q1的发射极通过r8接地，vcc通过r2连接三极管q1的集电极，r5的一端连接至三极管q1集电极与r2之间的公共端，r5的另一端连接至三极管q1基极与r6之间的公共端，所述三极管q1集电极与r2之间的公共端依序连接c4、r4、c5后连接至运算放大器u3的引脚2，vcc通过第一分压电路分压后分别连接运算放大器u3的引脚3与引脚5，运算放大器u3的引脚1依序连接c3、r1、c8后连接至运算放大器u3的引脚6，所述运算放大器u3的引脚7连接c9的一端，所述c9另一端连接信号解调电路输入端。

3.根据权利要求2所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，c1的一端连接vcc与r2之间的公共端，c1的另一端接地。

4.根据权利要求2所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述第一分压电路包括r11、r12、r13，所述vcc依序连接r11、r12、r13，所述r13的另一端接地，所述r12与r13之间的公共端分别连接运算放大器u3的引脚3与引脚5。

5.根据权利要求4所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，c11一端连接r11与r12之间的公共端，所述c11的另一端接地；c10的一端连接r12与r13之间的公共端，所述所述c10的另一端接地。

6.根据权利要求2所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，c2的一端连接至运算放大器u3的引脚1与c3之间的公共端，所述c2的另一端连接至c5与r4之间的公共端；r7的一端连接至c2与r4之间的公共端，所述r7的另一端接地；c7的一端连接至运算放大器u3的引脚7与c9之间的公共端，c7的另一端连接至c8与r1之间的公共端，所述c7中和c8与r1之间的公共端相连的一端连接r9，r9的另一端接地；r10的一端连接至c8与运算放大器u3的引脚6之间的公共端，所述r10的另一端连接至c9与运算放大器u3的引脚7之间的公共端。

7.根据权利要求1所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述信号解调电路包括高速电压输出型对数放大器u1，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚8连接c12的一端，所述c12的另一端连接r14，所述r14的另一端接地，所述滤波、隔直放大电路的输出端连接c12与r14之间的公共端，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚4连接c17的一端，所述c17的另一端连接r16，所述r16的另一端连接隔直放大电路的输入端。

8.根据权利要求7所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚1与引脚3分别通过c13与c14接地；所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚2接地；vcc依序连接r15、c16，所述c16另一端接地，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚5与引脚7均连接至r15与c16之间的公共端，所述高速电压输出型对数放大器u1的引脚6通过c15接地。

9.根据权利要求1所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述隔直放大电路包括rc滤波电路、数字电位计u2与运算放大器u4，所述运算放大器u4的引脚3连接信号解调电路的输出端，所述数字电位计u2输出到运算放大器u4的引脚2端，所述运算放大器u4的引脚1通过第二分压电路分压后将信号(即所需要的回波信号)输出。

10.根据权利要求9所述的一种提高超声波有效回波信号处理电路，其特征在于，所述第二分压电路包括r17与r18，所述运算放大器u4的引脚1依序连接r17与r18，所述r18另一端接地，所述隔直放大电路的输出端连接至r17与r18之间的公共端；

技术总结
本发明公开了一种提高超声波有效回波信号处理电路，该电路主要分为三部分，第一部分主要是信号的滤波、隔直放大(由三极管、RC回路以及高精度高速低噪声运算放大器AD8606构成)，第二部分主要用于信号解调(主要由高速电压输出型对数放大器AD8310构成)，第三部分再将解调后的信号进行隔直放大(由RC滤波电路、数字电位计MCP4011和高精度高速低噪声运算放大器AD8606构成)，该电路能够滤除掉一些不规则的回波信号以其他的一些杂波信号，同时有效的提取频率范围为10K－100K的超声波回波信号，提高测量的准确度与可靠度，适宜进一步推广应用。

技术研发人员：陈淑武,冯德旺,舒兆港,程丽,林大辉
受保护的技术使用者：福建农林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14