一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路的制作方法

本实用新型涉及水体流速测量领域，尤其涉及一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路。

背景技术：

ADCP即声学多普勒流速剖面仪是基于声学多普勒原理研制的一种测量水体流速的设备。目前ADCP产品多采用收发合置换能器，来测流速。但这就带来个问题：发送和接收如何实现彻底隔离。目前ADCP产品多采用二极管隔离的方法，该方法的结构图可参见图1。如图1所示：A端为发射端，B端为接收端，当处于发射状态时，无论A端发射的电压是正电压还是负电压，到B端就会被二极管MUR160钳位到二极管正向压降VFM=1V。使得A端发射电压到达不了接收端B，实现隔离。但这种隔离方式存在的问题就是二极管的钳位正负电压一般为0.7V，也就是说高于0.7V到达不了B端，而低于0.7V会到达B端从而到达接收电路，不能实现完全隔离。另外，在做接收电路自检时，需要在B端接入待测信号时，又会受到这对收发分离二极管的影响。

有鉴于此，研发出一种能够实现收发合置换能器的发送和接收完全隔离的收发合置换能器隔离电路是本领域企业和生产单位亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述传统收发分离方案的弊端，从而提供一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路。该电路包括: 限压单元、开关控制单元、开关单元、接收电路板和换能器，

所述限压单元与所述开关单元和换能器分别相连，用以在开关单元断开时，将驱动电路的发射信号发送至换能器，和在开关单元闭合时，阻止换能器反馈的接收信号通过；

所述开关单元与所述接收电路板和所述开关控制单元分别相连，用以根据所述开关控制单元的控制信号进行闭合或断开，并在断开时，阻止限压单元过来的发射信号通过，在闭合时，接收换能器反馈的接收信号并将其发送至接收电路板。

优选地，所述开关控制单元包括数字电路板和数据缓冲器，

所述数字电路板与所述数据缓冲器相连，用以输出控制信号；

所述数据缓冲器与所述开关单元相连，用以将数字电路板的控制信号发送至开关单元。

优选地，所述数据缓冲器为具有三态输出的单路总线缓冲寄存器SN74AHC1G125。

优选地，所述开关单元为MAX14757EUE芯片。

优选地，所述限压单元包括两个反向并联的二极管。

本实用新型的有益效果是：通过开关控制单元控制开关单元的状态，从而控制信号流向是通向发射电路，还是通向接收电路。当处于发射状态时，此时由开关控制单元使开关单元处于断开状态，这样发射电压就完全被隔离，进入不了接收电路板。这样做不但能从根本上实现了收发隔离，而且有助于后期在做接收电路自检功能时能更容易得以实现。

附图说明

图1为现有的基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路的电气原理图；

图2为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路的结构框图；

图3为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路开关单元的结构图；

图4为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路数据缓冲器的结构图；

图5为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路的电气原理图；

图6为图5的具体电路示意图；

图7为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器发射和接收信号的隔离方法的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。

图2为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路的结构框图。

如图1所示，本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器隔离电路包括限压单元1、开关控制单元2、开关单元3、接收电路板4和换能器5。

限压单元1与开关单元3和换能器5分别相连，主要负责在开关单元3断开时，将驱动电路的发射信号直接发送至换能器5，和在开关单元3闭合时，阻止换能器5反馈的接收信号通过。

开关单元3与接收电路板4和开关控制单元2分别相连，用以根据开关控制单元2的控制信号进行闭合或断开，并在断开时，阻止限压单元1过来的发射信号通过，在闭合时，接收换能器5反馈的接收信号并将其发送至接收电路板4。

其中，限压单元1可以是包括两个反向并联的二极管。开关控制单元2可以是包括数字电路板21和数据缓冲器22，数字电路板21与数据缓冲器22相连，用以输出控制信号；数据缓冲器22与开关单元3相连，用以将数字电路板21的控制信号发送至开关单元3。

下面以一个具体的实施例来说明：

因换能器是收发合置的换能器，所以发射换能器所需的发射大电压信号,和换能器的接收的小电压信号会由同一个换能器产生。这样发射信号和接收信号在PCB中就会共用同一根导线。因此本实用新型采用在这根导线中间接入一个可控制的开关单元，由开关控制单元控制开关单元的闭合状态，从而控制信号流向是通向发射电路，还是通向接收电路。而开关单元的闭合较之二极管的嵌位，则更能彻底的实现收发分离。

由上述可知，开关单元3需要采用一款能隔离发射接收电压的开关芯片。由于发射电压可以达到20V左右，而接收电压信号只有mV级的。要实现它们的隔离，本实施例中选用开关芯片 MAX14757EUE。MAX14757 是maxim美信公司的产品。适合于双向传输。具有满摆幅模拟信号范围。单极性应用中，采用+10V至+70V单电源供电；双极性应用中，采用±35V双电源供电。双极性电源可以有偏差，不一定对称。MAX14757为四通道常开(NO) SPST开关。这些开关具有5Ω (典型值)导通电阻，导通电阻平坦度为0.004Ω (典型值)。这些参数和ADCP系统要求及换能器的参数相匹配。故选择此款开关芯片，该款芯片的结构可参见图3，具有A1-B1，A2-B2，A3-B3，A4-B4，4路开关，和对应的4个使能端EN1- EN4。

在本实施例中，数据缓冲器22采用具有三态输出的单路总线缓冲寄存器SN74AHC1G125。A25G(SN74AHC1G125)是具有三态输出的单路总线缓冲寄存器。缓冲寄存器又称缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数据缓冲器，就可以使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。SN74AHC1G125的结构图可参见图4，具有输入端A，输出使能输入端,输出端Y,接地端GND，电源端VCC。其中，SN74AHC1G125的三态输入端A接的是数字电路板21。而其输出端Y接的是开关芯片MAX14757的4个使能端EN1- EN4。由其控制4路接收发射电路的分离。

图5中，当正常发射信号由驱动电路过来经限压单元的二极管D4、D6到达A点时（A点是接入到图2中开关芯片MAX14757的四路开关的任何一路的An端，n为1到4，B点接入到图2中开关芯片MAX14757的四路开关的与An端对应的Bn端，n为1到4），以MAX14757的一路开关A1，B1来说明：此时A1，B1是处于断开状态的，经过限压单元二极管D4、D6过来的发射信号就会直接传送给换能器。当发射信号不发送后，此时由数字电路板21给个信号经数据缓冲器22给MAX1475的使能端EN1，使得A1，B1接通。由于接收信号电压较小，会被限制单元阻止通过，这样接收信号就通过开关芯片MAX14757传送给接收电路板。从而实现了接收发射信号的隔离。

如图6所示，DD_DRIVE即为图5中的DD_DRIVE。A1，A2，A3，A4即为图5中的A点。B1，B2，B3，B4即为图5中的B点。其中A1，A2是接在换能器的两端，A3，A4接在另外一个换能器的两端。图7中的REV_SIG1，REV_SIG2，REV_SIG3，REV_SIG4为图5中的REV_SIG是接到接收电路板。

图7为本实用新型的一种基于ADCP系统的收发合置换能器发射和接收信号的隔离方法的流程图。

在步骤701中，进入发射状态。

在步骤702中，通过开关控制单元控制开关单元断开，由限压单元将驱动电路的发射信号直接发送至换能器，而阻止该信号通过开关单元发送至接收电路板；

在步骤703中，进入接收状态。

在步骤704中，通过开关控制单元控制开关单元闭合，由限压单元阻止换能器反馈回的接收信号通过，而使接收信号经开关单元发送至接收电路板。

其中，上述步骤中的开关控制单元包括数字电路板和数据缓冲器，该开关控制单元控制开关单元断开和闭合具体包括：

通过数字电路板输出断开或闭合控制信号；

通过数据缓冲器接收数字电路板输出断开或闭合控制信号并将其发送至开关单元。

另外，数据缓冲器为具有三态输出的单路总线缓冲寄存器SN74AHC1G125。开关单元为MAX14757EUE芯片。限压单元包括两个反向并联的二极管。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、可擦写可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。