微探头超声波多普勒流速仪的控制电路及信号处理方法 |
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| 申请号 | CN201610759092.0 | 申请日 | 2016-08-30 | 公开(公告)号 | CN106370886A | 公开(公告)日 | 2017-02-01 |
| 申请人 | 厦门博意达科技有限公司; | 发明人 | 夏文军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开的微 探头 超 声波 多普勒流速仪控制 电路 及 信号 处理方法，控制电路包括 中央处理器 、低通 滤波器 、调制/解调模 块 、VGA电路、 带通滤波 放大器 、前置放大器、DDS模块和功率放大模块，所述中央处理器包括ADC模块、FFT模块和DSP模块；所述前置放大器、带通滤波放大器、VGA电路、调制/解调模块、 低通滤波器 、ADC模块、FFT模块和DSP模块依次连接；所述功率放大模块、DDS模块和DSP模块依次连接，功率放大模块还分别与调制/解调模块连接。本发明提高了微探头 超声波 多普勒流速仪的 信号处理 效率和 精度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.微探头超声波多普勒流速仪的控制电路，其特征在于：包括中央处理器、低通滤波器、调制/解调模块、VGA电路、带通滤波放大器、前置放大器、DDS模块和功率放大模块，所述中央处理器包括ADC模块、FFT模块和DSP模块； |
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| 说明书全文 | 微探头超声波多普勒流速仪的控制电路及信号处理方法技术领域背景技术[0002] 超声波多普勒流速仪是利用多普勒效应原理，用超声波换能器作传感器，其中一个超声波换能器负责发射声波，声波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反射体反射，由另一个或多个超声波换能器接收声反射信号，信号经有关电路处理测定多普勒频移进而测算出流速。上述超声波信号的处理、测算过程都由电路板中的控制电路及相关软件完成，目前控制电路对收发信号的处理效率和精度都不够高。 [0003] 因此，本发明人特别研制出一种测算速度快且精度高的微探头超声波多普勒流速仪的控制电路及信号处理方法。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种微探头超声波多普勒流速仪的控制电路及信号处理方法，提高了微探头超声波多普勒流速仪的信号处理效率和精度，也适用于各种超声波多普勒流速仪。 [0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：微探头超声波多普勒流速仪控制电路，包括中央处理器、低通滤波器、调制/解调模块、VGA电路、带通滤波放大器、前置放大器、DDS模块和功率放大模块，所述中央处理器包括ADC模块、FFT模块和DSP模块； 所述前置放大器、带通滤波放大器、VGA电路、调制/解调模块、低通滤波器、ADC模块、FFT模块和DSP模块依次连接； 所述功率放大模块、DDS模块和DSP模块依次连接，功率放大模块还与调制/解调模块连接。 [0006] 所述中央处理器还包括一GPIO模块，GPIO模块连接一键盘和一显示模块。 [0007] 所述控制电路还包括一存储模块和一串口通信模块，存储模块和串口通信模块均与中央处理器连接。 [0008] 所述中央处理器为TMS320F2812微处理器。 [0009] 一种微探头超声波多普勒流速仪的信号处理方法，通过上述微探头超声波多普勒流速仪的控制电路进行信号处理，其中微探头超声波多普勒流速仪的控制电路的功率放大模块连接超声波发射换能器，前置放大器连接超声波接收换能器，该方法包括以下步骤：步骤1：中央处理器控制DDS模块产生数字信号S1，数字信号S1先经过功率放大模块进行放大，一方面放大后的数字信号S1由超声波发射换能器转换成超声波信号，并向水中发射超声波信号，另一方面放大后的数字信号S1发送至调制/解调模块； 步骤2：超声波接收换能器接收被反射回来的超声波信号，接收到的超声波信号通过前置放大器进行放大，再通过带通滤波放大器进行带通滤波处理，过滤出带有多普勒频移的信号S2，再由VGA电路对信号S2进行程控放大处理； 步骤3：调制/解调模块将信号S1与信号S2进行正交解调，得出倍频信号S3与解调出来的多普勒频移信号S4； 步骤4：将步骤3获得的信号S3和S4经过低通滤波器，过滤掉倍频信号S3，得出干净的多普勒频移信号S4； 步骤5：中央处理器的ADC模块对信号S4进行AD采样，同时FFT模块对每次采样的数据进行傅里叶变换得出多普勒频移Fi； 步骤6：待每秒内所有采样完成后，由DSP模块对所有的多普勒频移Fi求平均值，得出最终的多普勒频移F0。 [0010] 所述步骤1中产生的信号S1的频率为5M，幅度为1V。 [0012] 采用上述方案后，本发明具有以下优点：一、采用本发明的控制电路，能够加快数据的采样频率，从以前的一秒一组数据增加到一秒20 30组数据，再进行分析计算，得出来的流速值更加准确，数据也更加灵活。 ~ [0013] 二、整个电路采用模块化结构，使设备更加可靠稳定并能够自行诊断故障原因，能够灵活的以外部设备数据对接。 [0014] 三、采用DDS模块，能够通过软件微调发射频率，使发射谐振达到最佳，功率最大。 附图说明[0016] 图1是本发明的结构及信号处理流程图。 [0017] 标号说明中央处理器1，ADC模块1a，FFT模块1b，GPIO模块1c，DSP模块1d，调制/解调模块2，带通滤波放大器3，前置放大器4，低通滤波器5，DDS模块6，功率放大模块7，超声波发射换能器8，超声波接收换能器9，存储模块10，串口通信模块11，键盘12，显示器13，VGA电路14。 具体实施方式[0018] 如图1所示，本发明揭示的微探头超声波多普勒流速仪的控制电路，包括中央处理器1、低通滤波器5、调制/解调模块2、VGA电路14、带通滤波放大器3、前置放大器4、DDS模块6和功率放大模块7，所述中央处理器1包括ADC模块1a、FFT模块1b和DSP模块1d；前置放大器4、带通滤波放大器5、VGA电路14、调制/解调模块2、低通滤波器5、ADC模块 1a（模数转换模块）、FFT模块1b（傅里叶快速变换模块）和DSP模块1d依次连接； 功率放大模块7、DDS模块6和DSP模块1d依次连接，功率放大模块7还与调制/解调模块2连接。 [0019] 本实施例的微探头超声波多普勒流速仪的控制电路使用时，前置放大器4与超声波接收换能器9连接，用于接收超声波信号，功率放大模块7与超声波发射换能器8连接，用于向超声波发射换能器8发送数字信号；中央处理器1还包括一GPIO模块1c，GPIO模块1c连接一键盘12和一显示模块13。 [0020] 还包括一存储模块10和一串口通信模块11，存储模块10和串口通信模块11均与中央处理器1连接。 [0021] 所述中央处理器1为TMS320F2812微处理器。 [0022] 采用上述微探头超声波多普勒流速仪的控制电路实现的一种微探头超声波多普勒流速仪的信号处理方法，包括以下步骤：步骤1：中央处理器向DDS模块6发送控制指令，DDS模块6产生数字信号S1，信号S1的频率为5M，幅度为1V，数字信号S1先经过功率放大模块7进行放大，一方面放大后的数字信号S1由超声波发射换能器8转换成超声波信号，并向水中发射超声波信号，另一方面放大后的数字信号S1发送至调制/解调模块2； 步骤2：超声波接收换能器9接收被反射回来的超声波信号，接收到的超声波信号通过前置放大器4进行放大，再通过带通滤波放大器3进行带通滤波处理，过滤出带有多普勒频移的信号S2，再由VGA电路14对信号S2进行程控放大处理； 步骤3：调制/解调模块2将信号S1与信号S2进行正交解调，得出倍频信号S3与解调出来的多普勒频移信号S4； 步骤4：将步骤3获得的信号S3和S4经过低通滤波器5，过滤掉倍频信号S3，得出干净的多普勒频移信号S4； 步骤5：中央处理器1的ADC模块1a对信号S4进行AD采样，采样频率140K，每次采样4096个数据，每秒采样15次，其中i=1、2…15，同时FFT模块1b对每次采样的数据进行傅里叶变换得出多普勒频移Fi； 步骤6：待每秒内15次采样都完成后，由DSP模块1d对所有的多普勒频移Fi求平均值，得出最终的多普勒频移F0。 [0023] 以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。 |
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