應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制電路及其控制方法，雙路運(yùn)算放大器U2A將超聲波輸出信號(hào)Vo與直流參考電壓Vr相比較，只有在Vo的正峰值大于Vr時(shí)，U2A才有正脈沖輸出。電容C2上的直流電壓Vc’與Vo的半峰值大小呈函數(shù)關(guān)系。Vc’經(jīng)過雙路運(yùn)算放大器U2B送到U1的增益控制輸入端，成為直流控制電壓Vc。較大的超聲輸出信號(hào)Vo被檢測(cè)為一個(gè)直流電壓Vc’，Vo越大則Vc’越大，VCA810的增益將越??；反之，Vo越小，VCA810的增益將自動(dòng)增加。當(dāng)回波信號(hào)Vi的幅度發(fā)生變化時(shí)，由于上述正向AGC控制，可以保持輸出信號(hào)Vo幅度基本不變，避免采樣信號(hào)失真，輸出信號(hào)更為精確。
【專利說明】應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制電路及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及自動(dòng)控制或儀器儀表的自動(dòng)增益控制電路，尤其涉及一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制電路及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波回波信號(hào)的動(dòng)態(tài)幅度范圍很寬，隨著被測(cè)流速的升高，接收到的回波信號(hào)幅度從幾十mV到幾百mV變化，其幅值變化很大。一些儀器儀表在信號(hào)處理過程中，沒有使用增益控制電路，就直接進(jìn)行檢波和計(jì)算。當(dāng)回波信號(hào)幅值很小時(shí)，檢波電路無法檢測(cè)到，導(dǎo)致單片機(jī)最終得不到接收信號(hào)，最終導(dǎo)致儀表測(cè)量失敗；當(dāng)回波信號(hào)幅值較大時(shí)，單片機(jī)得到已經(jīng)飽和的接收信號(hào)，致使信號(hào)失真，最終導(dǎo)致儀表測(cè)量精度超出要求。還有一些儀表僅僅使用開環(huán)增益電路，在回波信號(hào)強(qiáng)度低時(shí)，檢波電路或許能夠檢測(cè)到放大后的信號(hào)，單片機(jī)或許能夠正常測(cè)量，但是無法有效的保證測(cè)量精度；在回波信號(hào)強(qiáng)度高時(shí)，經(jīng)過開環(huán)增益電路放大后，導(dǎo)致信號(hào)飽和，檢波電路檢測(cè)到失真的回波信號(hào)，最終導(dǎo)致單片機(jī)接收到的信號(hào)失真，大大降低了儀表輸出信號(hào)的精度；如果回波信號(hào)幅值過高，經(jīng)過開環(huán)增益后會(huì)使電路產(chǎn)生自激，從而使檢波電路無法檢測(cè)到信號(hào)，導(dǎo)致單片機(jī)測(cè)量失敗。以上設(shè)計(jì)的缺陷主要在于:
I如果儀表采用開環(huán)增益電路，當(dāng)回波信號(hào)強(qiáng)度高時(shí)，在經(jīng)過開環(huán)增益放大后，導(dǎo)致回波信號(hào)飽和，檢波電信輸出失真；或使電路產(chǎn)生自激，無法檢測(cè)到回波信號(hào)，大大降低了儀表輸出信號(hào)的精度。
[0003]2如果儀表中沒有使用自動(dòng)增益控制電路，會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)最終得不到接收信號(hào)，或者得到已經(jīng)飽和的接收信號(hào)，致使測(cè)量失敗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種可以控制輸出信號(hào)的強(qiáng)度，避免采樣信號(hào)失真，控制后所輸出信號(hào)更為精確的一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制電路及其控制方法。
[0005]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制的電路，其特征在于:輸入信號(hào)Vi與電阻Rl的一端、帶增益的放大器Ul的反向輸入端8腳連接，電阻Rl的另一端、帶增益的放大器Ul的同向輸入端I腳、2腳連接于地，帶增益的放大器Ul的增益控制端3腳連接于雙路運(yùn)算放大器U2B通道二的反向輸入端6腳和輸出端7腳，U2B通道二的同向端5腳連接于電阻R2、電阻R3、電阻R4和電容C2的一端，電阻R2的另一端連接電容Cl的一端及負(fù)電源，電阻R3、電容Cl、電容C2的另一端接地，電阻R4的另一端連接二極管Dl的負(fù)極，雙路運(yùn)算放大器U2A通道一的輸出端I腳連接于二極管Dl的正極和電容C5的一端，電容C5的另一端連接于U2A通道一的同向輸入端3腳，U2A通道一的反向輸入端2腳通過電阻R5連接于電阻R6的一端、二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極接地，電阻R6的另一端連接于正電源，帶增益的放大器Ul的6腳、雙路運(yùn)算放大器U2A的8腳、電容C3的一端連接于正電源，Ul的7腳、U2A的4腳、電容C4的一端連接于負(fù)電源，電容C3、電容C4的另一端連接于地，帶增益的放大器Ul的輸出端5腳、雙路運(yùn)算放大器U2A通道一的同向輸入端3腳輸出信號(hào)Vo。
[0006]一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制的電路控制方法，其特征在于:所謂自動(dòng)增益控制是指放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的控制方法，實(shí)現(xiàn)這種功能的電路簡(jiǎn)稱AGC電路;AGC電路是一個(gè)閉環(huán)電子電路，也是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分；增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變；控制電壓形成電路屬于一種負(fù)反饋電路，其基本部件是AGC檢波器和低通濾波器；放大電路的輸出信號(hào)經(jīng)檢波并經(jīng)整流濾波后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的直流電壓；當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，輸出信號(hào)和增益控制直流電壓亦隨之增大；增益控制電壓增大，使放大電路的增益下降，最后使其輸出信號(hào)的幅度基本上不隨輸入信號(hào)的變化而變化，達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的；
AGC有兩種控制方式:一種是利用增加AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫正向AGC，一種是利用減小AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫反向AGC ;正向AGC控制能力強(qiáng)，所需控制功率大，被控放大級(jí)工作點(diǎn)變動(dòng)范圍大，放大器兩端阻抗變化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范圍也??；本電路設(shè)計(jì)選擇了正向AGC控制方式。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:可以提高自動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，避免采樣信號(hào)失真，輸出信號(hào)更為精確。由于上述控制方法的使用，將使超聲波熱量表的接收信號(hào)Vo的幅度與采樣信號(hào)強(qiáng)度無關(guān)。當(dāng)采樣信號(hào)弱時(shí)，通過自動(dòng)增益控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，不會(huì)丟失采樣數(shù)據(jù)，保證了儀表采樣的數(shù)量；當(dāng)采樣信號(hào)強(qiáng)時(shí)，可以自動(dòng)控制降低增益倍數(shù)，避免信號(hào)失真，保證了儀表采樣的質(zhì)量。因此，后續(xù)檢波電路可以很容易地從接收信號(hào)中提取出準(zhǔn)確的接收時(shí)刻，從而保證單片機(jī)計(jì)算的精度，提高儀表的測(cè)量準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的電路連接框圖；
圖2是本發(fā)明的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1、圖2所示，帶增益的放大器Ul為VCA810 ;雙路運(yùn)算放大器U2A、雙路運(yùn)算放大器U2B為0P37。
[0010]一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制的電路控制方法:所謂自動(dòng)增益控制是指放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的控制方法。實(shí)現(xiàn)這種功能的電路簡(jiǎn)稱AGC電路。AGC電路是一個(gè)閉環(huán)電子電路，也是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分。增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變?？刂齐妷盒纬呻娐穼儆谝环N負(fù)反饋電路，其基本部件是AGC檢波器和低通濾波器。放大電路的輸出信號(hào)經(jīng)檢波并經(jīng)整流濾波后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的直流電壓。當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，輸出信號(hào)和增益控制直流電壓亦隨之增大。增益控制電壓增大，使放大電路的增益下降，最后使其輸出信號(hào)的幅度基本上不隨輸入信號(hào)的變化而變化，達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的。
[0011]AGC有兩種控制方式:一種是利用增加AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫正向AGC，一種是利用減小AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫反向AGC。正向AGC控制能力強(qiáng)，所需控制功率大，被控放大級(jí)工作點(diǎn)變動(dòng)范圍大，放大器兩端阻抗變化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范圍也小。本電路設(shè)計(jì)選擇了正向AGC控制方式。
[0012]工作原理:
回波信號(hào)自帶增益的放大器Ul的反相輸入端的8腳進(jìn)入，自5腳輸出超聲波信號(hào)Vo，雙路運(yùn)算放大器U2A將No與直流參考電壓 ' 相比較，因此只有在Vo的正峰值大于 ' 時(shí)，雙路運(yùn)算放大器U2A才有正脈沖輸出，且比V,越大，雙路運(yùn)算放大器U2A正脈沖輸出信號(hào)的寬度越寬。該正脈沖輸出被二極管Dl和電容C2進(jìn)行面積均值檢波，導(dǎo)致電容C2上的直流電壓與Vo的半峰值大小呈函數(shù)關(guān)系。圖中電阻R4為電容C2的正向充電電阻，二極管Dl保證電容C2不對(duì)雙路運(yùn)算放大器U2A放電。此外，電阻R3是電容C2的放電電阻，保證電容C2上有適當(dāng)?shù)慕祲核俣取６娮鑂2和電阻R3可以為電容C2上的電壓Vc ’提供靜態(tài)值，該值將形成VCA810靜態(tài)時(shí)的增益。雙路運(yùn)算放大器U2B是一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓跟隨器，它將電容C2上的電壓Vc’按1:1的比例送到Ul的增益控制輸入端3腳，成為直流控制電壓Vc。
[0013]較大的超聲輸出信號(hào)Vo被檢測(cè)為一個(gè)直流電壓Vc’，Vo越大則Vc’越大，VCA810的增益將越??；反之，超聲波信號(hào)Vo越小，VCA810的增益將自動(dòng)增加?？梢?，當(dāng)回波信號(hào)Vi的幅度發(fā)生變化時(shí)，由于上述正向AGC控制，可以保持輸出信號(hào)No幅度基本不變。實(shí)驗(yàn)證明，在有效輸入范圍內(nèi)，輸入信號(hào)的幅度變化100倍，Vo輸出幅度變化最大僅為10%。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制的電路，其特征在于:輸入信號(hào)Vi與電阻Rl的一端、帶增益的放大器Ul的反向輸入端8腳連接，電阻Rl的另一端、帶增益的放大器Ul的同向輸入端I腳、2腳連接于地，帶增益的放大器Ul的增益控制端3腳連接于雙路運(yùn)算放大器U2B通道二的反向輸入端6腳和輸出端7腳，U2B通道二的同向端5腳連接于電阻R2、電阻R3、電阻R4和電容C2的一端，電阻R2的另一端連接電容Cl的一端及負(fù)電源，電阻R3、電容Cl、電容C2的另一端接地，電阻R4的另一端連接二極管Dl的負(fù)極，雙路運(yùn)算放大器U2A通道一的輸出端I腳連接于二極管Dl的正極和電容C5的一端，電容C5的另一端連接于U2A通道一的同向輸入端3腳，U2A通道一的反向輸入端2腳通過電阻R5連接于電阻R6的一端、二極管D2的正極，二極管D2的負(fù)極接地，電阻R6的另一端連接于正電源，帶增益的放大器Ul的6腳、雙路運(yùn)算放大器U2A的8腳、電容C3的一端連接于正電源，Ul的7腳、U2A的4腳、電容C4的一端連接于負(fù)電源，電容C3、電容C4的另一端連接于地，帶增益的放大器Ul的輸出端5腳、雙路運(yùn)算放大器U2A通道一的同向輸入端3腳輸出信號(hào)Vo。
2.一種應(yīng)用于超聲波熱量表的自動(dòng)增益控制的電路控制方法，其特征在于:所謂自動(dòng)增益控制是指放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的控制方法，實(shí)現(xiàn)這種功能的電路簡(jiǎn)稱AGC電路;AGC電路是一個(gè)閉環(huán)電子電路，也是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分；增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變；控制電壓形成電路屬于一種負(fù)反饋電路，其基本部件是AGC檢波器和低通濾波器；放大電路的輸出信號(hào)經(jīng)檢波并經(jīng)整流濾波后，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的直流電壓；當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，輸出信號(hào)和增益控制直流電壓亦隨之增大；增益控制電壓增大，使放大電路的增益下降，最后使其輸出信號(hào)的幅度基本上不隨輸入信號(hào)的變化而變化，達(dá)到自動(dòng)增益控制的目的； AGC有兩種控制方式:一種是利用增加AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫正向AGC，一種是利用減小AGC控制電壓的方式來減小增益的方式叫反向AGC ;正向AGC控制能力強(qiáng)，所需控制功率大，被控放大級(jí)工作點(diǎn)變動(dòng)范圍大，放大器兩端阻抗變化也大；反向AGC所需控制功率小，控制范圍也??；本電路設(shè)計(jì)選擇了正向AGC控制方式。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK104393851SQ201410656635
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】孫麗梅, 楊彬, 陳維琨, 馮玲 申請(qǐng)人:中環(huán)天儀股份有限公司