【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波传感器，具体涉及一种带限流保护的超声波可编程数字调制方法与激励电路。
技术介绍
1、目前超声波计量技术作为一种先进的计量方法，在智能水表和智能燃气表中有着广泛的应用前景。近年来，随着半导体技术的快速发展，仪表智能化的革新，节能环保的普及，超声波计量技术在国内外的水、天燃气等能源计量领域应用和发展愈发受到关注。
2、超声波计量技术是利用超声波在介质中传播特性进行测量的一种方法。相比传统的机械计量技术，超声波计量技术更有更好的量程范围和更高的测量精度，能方便的实现温度压力补偿。超声波计量技术中的超声波传感器是其中最为关键的器件，这种半导体传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。由于超声波计量技术属于纯电小信号处理，容易受噪声干扰引起信号失真。国内目前对使用寿命和精度要求比较高的场合，仍使用进口为主。另外以tdk超声波传感器为例，单个传感器售价与同样参数范围的国产产品相比，价格相差十倍之多，但国产的稳定性和测量精度，以及故障率远远劣于进口的产品。
3、为提高国产的超声波传感器在超声波计量测量中的精度和稳定性，对超声波传感器的激励激励、阻抗匹配、信号处理和检测至关重要。在同一标定测试条件下，相同批次的超声波传感器因加工组装误差，经常出现输出模拟信号电压过高或过低，将会导致精度超标情况，不能满足用户的正常使用精度要求，产品较高的不良率也造成了原材料的浪费。不同厂家的传感器参数又存在差异，超声采集信号的调制与激励，将直接影响超声波计量产品的性能和质量。
4、当前的超声波传感器大都使
5、当前超声波传感器激励电压信号都为单电源输出，采用一根输出正极线，一根负极线，共两根激励线，其中负极线即为输出的负极也作为gnd线。这样的设计相对简单，但是所需激励功率需要更大，同时感生的应变电压取样信号都是微小信号，低至几个微伏，信号回路极容易受到外部高低频信号干扰，导致取样信号检测不准确。如用单纯的使用放大器，干扰信号和正常采样信号同时被放大。干扰信号和采样信号叠加后，不易被识别和滤波处理。与此同时，目前使用的方案没有激励信号的数字转换和功率调制控制过程，回波失真和畸变不能控制修正，从而对不能对采样信号进行有效识别。另外当激励信号过流时，超声波传感器也容易损坏。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种带限流保护的超声波可编程数字调制方法与激励电路。本专利技术方案将提升传感器激励电路的精度，提高传感器的一致性和使用寿命、提升电路的抗干扰性能，同时采用数字调制方法只需利用微处理器通过软件即可实现激励信号的幅度、频率、占空比等调节，限流保护，电路简单且成本低，而且每一种调制模式都可以方便快捷地实现，可将不同厂家的不同参数的超声波传感器直接应用在同一系统电路中，扩展了应用范围，从而解决上述当前技术的缺陷与不足。
2、一种带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，包括mcu微处理器、数字调制器、信号接收放大器、模/数转换器、可编程激励控制电路、收发切换开关sw1以及与超声波传感器连接的采样阻抗匹配电路；
3、mcu微处理器用于接收超声波传感器的采样信号控制数字调制器输出激励信号；
4、数字调制器用于输出经脉宽和频率调制后的激励信号，激励信号经反相器u2生成2路相位互补、交替输出的激励信号a、b；
5、可编程激励控制电路包括组成全桥式电路的四个场效应管q1、q2、q3、q4，电源vcc通过电阻r1与q1、q2的漏极连接；q1的源极与q3的漏极连接，并与采样阻抗匹配电路、超声波传感器连接；q2的源极与q4的漏极连接，并与采样阻抗匹配电路、超声波传感器连接；并且，q1或q2的源极通过sw1的1脚、2脚连接实现与采样阻抗匹配电路、超声波传感器的连接；q3、q4的源极接地；反相器u2的输入脚与q2、q4的栅极连接，输出脚与q1、q3的栅极连接；
6、超声波传感器和采样阻抗匹配电路通过sw1的1脚、3脚连接连通信号接收放大器、模/数转换器和mcu微处理器，超声波传感器的采样信号经信号接收放大器和模/数转换器被mcu微处理器读取。
7、在一些实施例中，所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，所述采样阻抗匹配电路可包括电阻r2和电容c1，电阻r2两端连接超声波传感器，且电阻r2的一端通过电容c1连接sw1的1脚，另一端连接q2或q1的源极。
8、在一些实施例中，所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，所述可编程激励控制电路还可包括场效应管q5，q3、q4的源极连接q5的漏极，q5的源极接地，q5的栅极与mcu微处理器的保护控制信号vg端口连接。
9、在一些实施例中，所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，所述可编程激励控制电路还可包括隔离变压器b1，q1的源极与b1初级绕组的4脚连接，q2的源极与b1初级绕组的3脚连接，b1次级绕组通过sw1的1脚、2脚连接连通采样阻抗匹配电路和超声波传感器。进一步的，所述采样阻抗匹配电路可包括电阻r2和电容c1，电阻r2两端连接超声波传感器，且电阻r2的一端通过电容c1连接sw1的1脚，另一端连接b1次级绕组的2脚；b1次级绕组的1脚连接sw1的2脚。
10、在一些实施例中，所述带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路还可包括与mcu微处理器连接的外接端口cn1和cn2，cn1和cn2采用4芯防呆连接器，分别用于和供电电源/锂电池以及外部物联网模块的连接。
11、本专利技术还提供了所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路在超声波传感器信号采样和激励中的应用。
12、本专利技术还提供了一种带限流保护的超声波可编程数字调制与激励方法，采用所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路。
13、本专利技术技术方案采用一种可编程的数字调制与激励电路，设计简单，电路运行安全、可靠。核心电路包括数字调制器、可编程激励控制电路和采样阻抗匹配电路。当采样的信号偏高或偏低时，能通过mcu软件算法实现正确的逻辑功能，输出相应的控制性号，提供合适激励功率值，使传感器输出信号保持正常范围内。数字信号调制器采用数字调制信号，其设计优点在于设计灵活高效，可以通过软件实现任意频率、相位、脉宽以及占空比的调制，大大简化硬件电路实现，降低功耗和成本。
14、可编程激励控制电路设计有激励脉冲转换，控制输出调节功率开关q5，功率变换器b1，高频滤波。通过开关管q1、q2、q3、q4可将数字激励脉冲进行功率变换后，直接应用于超声传感器的激励信号；mcu微处理器可以方便的调节输出控制器，系统工作电压不同的系统电路中，扩展了应用范围。
15、信号匹配网络(采样阻抗匹配电路)，电容c1、电阻r2能实现输入输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，包括MCU微处理器、数字调制器、信号接收放大器、模/数转换器、可编程激励控制电路、收发切换开关SW1以及与超声波传感器连接的采样阻抗匹配电路；
2.根据权利要求1所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述采样阻抗匹配电路包括电阻R2和电容C1，电阻R2两端连接超声波传感器，且电阻R2的一端通过电容C1连接SW1的1脚，另一端连接Q2或Q1的源极。
3.根据权利要求1所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述可编程激励控制电路还包括场效应管Q5，Q3、Q4的源极连接Q5的漏极，Q5的源极接地，Q5的栅极与MCU微处理器的保护控制信号VG端口连接。
4.根据权利要求1或3所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述可编程激励控制电路还包括隔离变压器B1，Q1的源极与B1初级绕组的4脚连接，Q2的源极与B1初级绕组的3脚连接，B1次级绕组通过SW1的1脚、2脚连接连通采样阻抗匹配电路和超声波传感器。
5.根
6.根据权利要求1所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路还包括与MCU微处理器连接的外接端口CN1和CN2，CN1和CN2采用4芯防呆连接器，分别用于和供电电源/锂电池以及外部物联网模块的连接。
7.根据权利要求1～6任一项所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路在超声波传感器信号采样和激励中的应用。
8.一种带限流保护的超声波可编程数字调制与激励方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路。
...【技术特征摘要】
1.一种带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，包括mcu微处理器、数字调制器、信号接收放大器、模/数转换器、可编程激励控制电路、收发切换开关sw1以及与超声波传感器连接的采样阻抗匹配电路；
2.根据权利要求1所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述采样阻抗匹配电路包括电阻r2和电容c1，电阻r2两端连接超声波传感器，且电阻r2的一端通过电容c1连接sw1的1脚，另一端连接q2或q1的源极。
3.根据权利要求1所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述可编程激励控制电路还包括场效应管q5，q3、q4的源极连接q5的漏极，q5的源极接地，q5的栅极与mcu微处理器的保护控制信号vg端口连接。
4.根据权利要求1或3所述的带限流保护的超声波可编程数字调制与激励电路，其特征在于，所述可编程激励控制电路还包括隔离变压器b1，q1的源极与b1初级绕组的4脚连接，q2的源极与b1初级绕组的3脚连接，b1次...
【专利技术属性】
技术研发人员：方丁伟，方瑞，
申请(专利权)人：杭州旌拓电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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