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专利号: 2017101491112
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种超声波声压和频率测量电路,包括发射电路模块和接收电路模块;

其特征在于:所述的发射电路模块,包括六反相器芯片U1、时基电路芯片U2、第一电阻R1 、第二电阻R2 、第三电阻R3、第四电阻R4 、可变电阻R5 、第六电阻R6 、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2和信号发射传感器LS1;所述的时基电路芯片U2的型号为NE555;六反相器芯片U1的型号是CD4069;

所述的第一电阻R1的一端与第三电阻R3的一端、第一二极管D1的正端、时基电路芯片U2的第七引脚DISC连接,第一电阻R1的另一端与时基电路芯片U2的第四引脚RST、时基电路芯片U2的第八引脚VCC连接并接电源VCC,第三电阻R3的另一端与第二二极管D2的负端相连,第一二极管D1的负端与第二二极管D2的正端、可变电阻R5的固定端连接;时基电路芯片U2的第六引脚THR与第二引脚TRIG、可变电阻R5的活动端、第二电容C2的一端连接,时基电路芯片U2的第五引脚CVOLT与第一电容C1的一端相连,第一电容C1的另一端与第二电容C2的另一端、时基电路芯片U2的第一引脚GND、第六电阻R6的一端连接并接地GND,第六电阻R6的另一端与时基电路芯片U2的第三引脚OUT、六反相器U1的1脚连接,六反相器U1的2脚与六反相器U1的3脚、六反相器U1的13脚、六反相器U1的11脚连接,六反相器U1的4脚与六反相器U1的5脚、六反相器U1的9脚连接,六反相器U1的7脚与地GND连接,六反相器U1的14脚与电源VCC连接,六反相器U1的12脚与六反相器U1的10脚、第二电阻R2的一端、信号发射传感器LS1的一端连接,六反相器U1的6脚与六反相器U1的8脚、第四电阻R4的一端、信号发射传感器LS1的另一端连接,第二电阻R2的另一端接+5V电源,第四电阻R4的另一端接‑5V电源;

第二电容C2充电时通过第一电阻R1和可调电阻R5充电,放电时通过可调电阻R5放电,通过调节第一电阻R1、第二电容C2和可调电阻R5的数值实现20KKHz到300KHz不同频率的信号产生,输出信号加载到六反相器U1的一个反相器的输入端口上,经过反相后分成两部分,一部分通过两个并联反相器,另一部分先经过反相再通过两个并联反相器,以推挽的形式利用多个反相器,多级递增来完成信号的放大,进而驱动超声波信号发射传感器LS1;

所述的接收电路模块,包括信号接收传感器LS2、双运算放大器U4、四运算放大器U3、第三二极管D3、第四二极管D4、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、可调电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14和第十五电容C15;所述的双运算放大器U4包括第一运算放大器U4A和第二运算放大器U4B;四运算放大器U3包括第三运算放大器U3A、第四运算放大器U3B、第五运算放大器U3C第六运算放大器U3D;双运算放大器U4的型号是LM358,所述四运算放大器U3的型号是LM324;

所述的信号接收传感器LS2的一端接地,另一端与第八电阻R8的一端相连,第八电阻R8的另一端与第七电容C7相连, 第七电容C7的另一端与第十二电阻R12的一端、第六电容C6的一端、第二运算放大器U4B的反相输入端连接,第二十电阻R20的一端与电源VCC连接,第二十电阻R20的另一端与第二十四电阻R24的一端、第十二电容C12的一端、第二运算放大器U4B的正相输入端连接,第二十四电阻R24的另一端与第十二电容C12的另一端连接并接地,第十二电阻R12的另一端与第六电容C6的另一端、第二运算放大器U4B的输出端、第十电阻R10的一端、第二十五电阻R25的一端连接,第十电阻R10的另一端与第三运算放大器U3A的反相输入端、第三二极管D3的负端、第十八电阻R18的一端、第九电容C9的一端相连,第三运算放大器U3A的输出端与第三二极管D3正端、第四二极管D4的负端、第十一电阻R11的一端、第二十一电阻R21的一端连接,第三运算放大器U3A的正相输入端与地GND连接,第三运算放大器U3A的正电源端与+5V相接,第三运算放大器U3A的负电源端与‑5V连接,第四二极管D4的正端与第十八电阻R18的另一端、第九电容C9的另一端连接,第十一电阻R11的另一端与第七电阻R7的一端、第三电容C3的一端、第四运算放大器U3B的反相输入连接,第四运算放大器U3B的正相输入端与第十四电阻R14的一端相接,第十四电阻R14的另一端与地GND相接,第四运算放大器U3B的输出与第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端、第十三电阻R13的一端连接,第十三电阻R13的另一端分与第四电容C4的一端、第五电容C5的一端、第十五电阻R15的一端相接,第十五电阻R15的另一端接地,第九电阻R9的一端与第五电容C5的另一端、第一运算放大器U4A的反相输入端连接,第一运算放大器U4A的正电源端与+5V相接、第一运算放大器U4A的负电源端与‑5V相接,第十六电阻R16的一端与电源VCC相连,第十六电阻R16的另一端与第十七电阻R17的一端、第八电容C8的一端、第一运算放大器U4A的正相输入端连接,第十七电阻R17的另一端与第八电容C8的另一端连接后与地连接;第四电容C4的另一端与第九电阻R9的另一端、第一运算放大器U4A的输出端连接后输出频率测量信号FREQ;第二十一电阻R21的另一端和第六运算放大器U3D的反相输入端、第二十五电阻R25的另一端、第二十三电阻R23的一端、第十一电容C11的一端连接,第六运算放大器U3D的正相输入端与第三十电阻R30的一端连接,第三十电阻R30的另一端与地相接,第六运算放大器U3D的输出端与第二十三电阻R23的另一端、第十一电容C11的另一端、第二十九电阻R29的一端连接,第二十九电阻R29的另一端与第五运算放大器U3C的正相输入连接,第五运算放大器U3C的负相输入与可调电阻R19的活动端、第二十二电阻R22的一端、第十电容C10的一端连,可调电阻R19的的另一端与地连,第五运算放大器U3C的输出端与第二十六电阻R26的一端、第二十二电阻R22的另一端、第十电容C10的另一端连接,第二十六电阻R26的另一端第二十七电阻R27的一端、第十三电容C13的一端连接,第二十七电阻R27的另一端分别与第二十八电阻R28一端、第十四电容C14的一端相接,第十三电容C13的另一端分别与第十四电容C14的另一端、第十五电容C15的一端连接后与地GND连接,第二十八电阻R28的另一端与第十五电容C15的另一端连接并作为声压测量信号的输出V_DC;

接收电路配合发射电路一起工作,声压和频率信号输出端测量到数据中包含有已知的固定的声压和频率信息;通过对比接收电路独立出来单独工作时声压和频率信号输出端测量到数据,以及对比接收发射电路一起工作时发射电路的不同频率,得到测量的声压和频率数据。