本技術(shù)涉及超聲波測(cè)量，特別涉及一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量水體中含沙量的數(shù)字傳感器。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的水體含沙量經(jīng)典的測(cè)量方式是人工取沙和光電測(cè)沙法，人工取沙采用人工方式取樣，通過靜置、沉淀、過濾、測(cè)量計(jì)算等步驟得出具體含沙量，該方式測(cè)量需要量化的數(shù)據(jù)才能有一定的可靠性，步驟繁瑣準(zhǔn)確性偏差。光電測(cè)沙法基于朗伯一比爾(lambert-beer)定律，主要是通過介質(zhì)吸收、透過或散射光的原理，通過測(cè)量光的強(qiáng)度變化來判斷水體中的含沙量。通常入射光由色溫在2200度到3000度溫度之間的鎢絲光源產(chǎn)生，通過把鎢絲光源發(fā)出的平行光引導(dǎo)向下進(jìn)入傳感器中的水樣，光線被水樣中的沙石顆粒物散射，與入射角成90度的散射光被浸漬在水樣中的硅光電池接收器接收，采樣并得出硅光電池產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，通過計(jì)算90度散射光與入射光束之間的關(guān)系測(cè)量濁度。由于設(shè)備是通過光的強(qiáng)度變化來判斷介質(zhì)的濃度，所以傳感器表面的透光性會(huì)直接影響采樣精度，當(dāng)設(shè)備長期運(yùn)行時(shí)，傳感器表面容易覆蓋介質(zhì)，導(dǎo)致硅光電池接收到的光信號(hào)大幅度下降，同時(shí)光源(鎢絲燈)需要定時(shí)更換，這會(huì)給整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)帶來測(cè)量精度差，工作不穩(wěn)定等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量水體中含沙量的數(shù)字傳感器。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

3、一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量水體中含沙量的數(shù)字傳感器，包括電路板、超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器；所述電路板上設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元；所述驅(qū)動(dòng)單元與超聲波發(fā)射換能器電連接，所述信號(hào)處理單元與超聲波接收換能器電連接，所述驅(qū)動(dòng)單元為超聲波發(fā)射控制模塊，所述信號(hào)處理單元包括超聲波接收裝置、信號(hào)放大模塊、濾波模塊、通訊模塊和具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的主控模塊，所述主控模塊分別與超聲波發(fā)射控制模塊、濾波模塊和通訊模塊電連接，所述信號(hào)放大模塊與超聲波接收裝置電連接，所述濾波模塊與信號(hào)放大模塊電連接，所述通訊模塊與外設(shè)的主機(jī)電連接。

4、進(jìn)一步的，所述通訊模塊包括電阻r9、電阻r3、電阻r4、電阻r5、電阻r6、電阻r1、電阻r2、電容c1、瞬態(tài)抑制二極管d1、瞬態(tài)抑制二極管d2、瞬態(tài)抑制二極管d3和芯片u1，所述芯片u1為485專用芯片，所述芯片u1的第一引腳與電阻r9的一端電連接，所述芯片u1的第二引腳與電阻r3的一端電連接，所述芯片u1的第三引腳與芯片u1的第二引腳電連接，所述芯片u1的第四引腳與電阻r4的一端電連接，所述芯片u1的第五引腳接地，所述芯片u1的第六引腳與電阻r6的一端電連接，所述電阻r6的另一端分別與電阻r2的一端、瞬態(tài)抑制二極管d1的一端和瞬態(tài)抑制二極管d2的一端電連接，所述芯片u1的第七引腳與電阻r5的一端電連接，所述電阻r5的另一端分別與電阻r1的一端、瞬態(tài)抑制二極管d1的另一端和瞬態(tài)抑制二極管d3的一端電連接，所述電阻r1的另一端與瞬態(tài)抑制二極管d3的另一端均電源vcc，所述電阻r2的另一端與瞬態(tài)抑制二極管d2的另一端均接地，所述芯片u1的第八引腳與電容c1的一端均連接至電源vcc，所述電容c1的另一端接地；

5、所述電阻r9的另一端、電阻r3的另一端和電阻r4的另一端分別與主控模塊電連接，所述電阻r5的另一端和電阻r6的另一端分別與主機(jī)電連接。

6、進(jìn)一步的，所述信號(hào)放大模塊包括二極管d7、二極管d8、電容c11、電阻r18、電阻r19、電容c12、電阻r20、電阻r21、三極管q4、電容c8、電容c9、電阻r14、電容c10、電阻r15、電感l(wèi)5、電阻r22、電阻r16和芯片u4，所述芯片u4為運(yùn)算放大器，所述二極管d7的陰極分別與二極管d8的陽極、超聲波接收換能器和電容c11的一端電連接，所述二極管d7的陽極與二極管d8的陰極均接地，所述電容c11的另一端與電阻r18的一端電連接，所述電阻r18的另一端分別與電阻r19的一端和三極管q4的基極電連接，所述三極管q4的發(fā)射極與電阻r21的一端電連接，所述電阻r21的另一端接地，所述三極管q4的集電極分別與電阻r19的另一端、電容c8的一端和電阻r20的一端電連接，所述電阻r20的另一端和電容c12的一端均接電源vcc，所述電容c12的另一端接地，所述電容c8的另一端與電阻r14的一端電連接，所述電阻r14的另一端分別與芯片u4的第二引腳和電阻r16的一端電連接，所述電阻r16的另一端與芯片u4的第一引腳電連接，所述電阻r22的一端與芯片u4的第三引腳電連接，所述電阻r22的另一端與芯片的u4的第四引腳均接地，所述電阻r15的一端與芯片u4的第八引腳電連接，所述電阻r15的另一端和電感l(wèi)5的一端均接電源avcc，所述電感l(wèi)5的另一端、電容c9的一端和電容c10的一端均接至電源vcc，所述電容c9的另一端和電容c10的另一端均接地。

7、進(jìn)一步的，所述濾波模塊包括電容c13、電阻r23、電容c14、電容c15、電阻r27、電阻r24、電阻r30、電阻r28、電阻r29和芯片u7，所述芯片u7為運(yùn)算放大器，所述電容c13的一端與電阻r23的一端電連接，所述電容c13的另一端與芯片u4的第一引腳電連接；

8、所述電阻r23的另一端分別與電容c15的一端、電容c14的一端和電阻r30的一端電連接，所述電容c14的另一端接地，所述電容c15的另一端分別與電阻r27的一端和芯片u7的第二引腳電連接，所述電阻r27的另一端接地，所述電阻r24的一端和芯片u7的第八引腳電連接，所述電阻r24的另一端連接至電源avcc，所述芯片u7的第四引腳接地，所述電阻r30的另一端與芯片u7的第一引腳電連接，所述電阻r28的一端分別與芯片u7的第三引腳和電阻r29的一端電連接，所述電阻r28的另一端接地，所述電阻r29的另一端接至電源avcc，所述芯片u7的第一引腳與主控模塊電連接。

9、進(jìn)一步的，所述超聲波發(fā)射控制模塊包括電阻r10、芯片u2、電容c3、電容c4、電阻r31、電阻r7、mos管q3、電阻r8、電感l(wèi)3、電容c5、電容c6、電容c7、電阻r11、電阻r12、電阻r13、二極管d6和二極管d5；

10、所述主控模塊通過電阻r10與芯片u2的第二引腳電連接，所述芯片u2的第六引腳分別與電容c3的一端、電容c4的一端和電源vcc12v電連接，所述電容c3的另一端和電容c4的另一端均接地；所述芯片u2的第七引腳分別與電阻r31的一端和電阻r7的一端電連接，所述電阻r31的另一端接地，所述電阻r7的另一端與mos管q3的柵極電連接，所述mos管q3的漏極與電阻r8的一端電連接，所述mos管q3的源極接地，所述電阻r8的另一端分別與電感l(wèi)3的一端和電容c7的一端電連接，所述電感l(wèi)3的另一端分別與電容c5的一端、電容c6的一端和電源vcc12v電連接，所述電容c5的另一端和電容c6的另一端均接地，所述電容c7的另一端分別與電阻r11的一端和二極管d6的負(fù)極電連接，所述二極管d6的正極分別與二極管d5的負(fù)極和電阻r12的一端電連接，所述二極管d5的正極分別與電阻r13的一端和超聲波發(fā)射換能器電連接，所述電阻r11的另一端、電阻r12的另一端和電阻r13的另一端均接地。

11、本實(shí)用新型的有益效果在于：

12、本實(shí)用新型的一種利用超聲波技術(shù)測(cè)量水體中含沙量的數(shù)字傳感器，由電路板、超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器組成；其中，所述電路板上設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和信號(hào)處理單元；所述驅(qū)動(dòng)單元與超聲波發(fā)射換能器電連接，所述信號(hào)處理單元與超聲波接收換能器電連接，所述驅(qū)動(dòng)單元為超聲波發(fā)射控制模塊，所述信號(hào)處理單元包括超聲波接收裝置、信號(hào)放大模塊、濾波模塊、通訊模塊和具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的主控模塊，所述主控模塊分別與超聲波發(fā)射控制模塊、濾波模塊和通訊模塊電連接，所述信號(hào)放大模塊與超聲波接收裝置電連接，所述濾波模塊與信號(hào)放大模塊電連接，所述通訊模塊與外設(shè)的主機(jī)電連接。超聲波接收換能器接收到的超聲波發(fā)射換能器信號(hào)通過信號(hào)放大濾波后經(jīng)由主控模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，信號(hào)放大模塊可以將接收的信號(hào)放大到主控模塊能處理的幅值大小后，再經(jīng)由濾波模塊濾除無用信號(hào)。將接收信號(hào)的大小通過計(jì)算得出介質(zhì)濃度，同時(shí)，測(cè)量出來的濃度值可通過電纜方式傳輸至主機(jī)，線纜傳輸?shù)男盘?hào)由原先的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，解決傳輸纜線受限問題，主機(jī)與換能器連接的纜線可達(dá)200米以上。