檢測裝置電路設(shè)計論文精品資料

1、 檢測裝置 賢電路設(shè) 計論 文. 1 電 路 設(shè) 計 與 選 型 電 路 設(shè) 計 尤 其 /、 是 超 聲 波 信 號 的 收 發(fā) 處 理 采 用 諸 如 T X 7 3 4 激 勵 電 路 、 M A X 2 0 3 8 回 波 放 大 處 理 電 路 等 專 用 I C 效 果 固 然 理 想 但 考 慮 到 研 發(fā) 專 用 設(shè) 備 僅 需 小 批 量 試 制 的 因 素 故 在 電 路 方 案 選 型 設(shè) 計 時 遵 循 簡 單 實 用 、 器 件 易 于 采 購 的 原 則 盡 量 選 用 通 用 元 器 件 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 電 路 主 要 由 超 聲 波 發(fā) 射 激 勵 和 電 源

2、變 換 單 元 、 超 聲 波 回 波 信 號 處 理 單 元 、 時 間 差 測 量 單 元 、 單 片 機 控 制 和 數(shù) 據(jù) 處 理 單 元 組 成 排 版 布 線 亦 盡 量 參 昭 八、 I C 生 產(chǎn) 廠 商 的 D E M O 方 案 采 用 貼 片 元 件 的 雙 面 P C B 設(shè) 計 制 作 以 提 高 樣 機 研 發(fā) 的 一一一 次 性 成 功 率 1.1 超 聲 波 收 發(fā) 電 路 由 于 檢 測 裝 置 工 作 于 井 下 井 口 只 為 其 /、 提 供 了 一一一 路 + 2 4 V 直 流 電 源 各 單 元 電 路 的 工 作 電 源 需 要 依 靠 D C

3、/ D C 變 換 電 路 獲 得 控 制 系 統(tǒng) 和 信 號 處 理 系 統(tǒng) 使 用 的 + 5 V 和 1 2 V 電 源 由 L M 2 5 9 6 一 5 0 承 擔 其 /、 主 路 輸 出 + 5 V / 2 A 電 源 供 單 片 機 等 數(shù) 字 系 統(tǒng) 使 用一 將 其一 儲一 匕匕 厶冃 電 感一 改一 用 丄 丄 2 6 一 二 4 丄 丄 H 環(huán) 形. 功 率 電. 感 ，- 并 在. 其 上 增 加 兩 輔 助 繞 組 , 經(jīng)- 整 流 濾 波. 和 L 丄 OO 丄 二 丄 丄 2- 三. 端. 穩(wěn). 壓. 丄 丄 旦 產(chǎn). 生- 丄 2- X 3 - 丄 丄 直一

4、流. 電一 源一 供. 信一 號 處一 理. 系一 統(tǒng)一 使一 用. 超一 聲一 波- 發(fā). 射一 采 用一 丄 高 壓 脈一 沖一 激 勵 方- 式 亠 2 一 二 3 2 激 勵 電 壓 由- 二 2 丄 供一 電 電 壓一 經(jīng)一 簡 單 的一 B 丄 S 一 丄 升 壓一 電一 路一 獲一 得一 ，一 旦 用 單一 片一 機 送一 來一 的 丄 S 周 期 5 亠 S 脈 寬 脈- 沖一 信 號 控一 制 S F E 工 丄 關(guān)一 管一 實一 現(xiàn)_ 對一 超一 聲一 波一 發(fā)- 射一 探一 頭一 的一 激- 勵- ，- 儲一 能一 電一 感一 選一 用一 D K 二 N 丄 5 一 6

5、5 一 丄 5 一 丄 8 一 2 一 2 丄 二 P F 丄 丄 - 2 H ) 貼 片一 電一 感 亠 N 旦 S- 開一 關(guān)一 管一 選一 用一 2- N_ 6- 丄 即- 可一 超一 聲一 波一 激一 勵- 及- 電一 源一 變一 換一 電一 路一 如一 圖一 2 一 所一 示一 經(jīng)一 實一 測一 亠 激一 勵一 脈一 沖一 會一 在 接 收一 探 頭 中一 產(chǎn) 生一 個 較一 大一 的 諧 振一 頻 率 為一 5 且 H 丄 、 大 約一 丄 個_ 周一 期一 的一 串一 擾 信一 號- ，一 為 此 亠 接一 收 電 路 設(shè)一 計 丄 一 個 對一 發(fā) 射 激 勵 脈 沖一 延一

6、遲 6 一 丄 S 持一 續(xù)- 丄 丄 亠 丄 的一 使一 能- 控一 制一 信- 號- ，- 控一 制一 接- 收一 放一 大一 處一 理一 電- 路- 僅一 在 使一 能- 信- 號- 有- 效一 期- 間一 實一 現(xiàn) 回一 波一 信- 號一 的 放 大 和 輸 出 , 使 之 能 夠 在 鋼 管 內(nèi) 壁 和 外 壁 反 射 的 一 次 二 次 回 波 信一 號 到 來 之 前一 有 效一 地一 消 除 激一 勵. 脈. 沖. 串. 擾. 的. 影. 響. ，- 使. 能. 控. 制. 信. 號. 時. 序. 關(guān). 系. 見 圖 3. 檢 測- 裝 置 丄 用. 于- 時 間 差 測- 量

7、 的 D. 二 O- P- 2- 的. 鑒 型. 應(yīng)- 用一 是. 作. 為- 超一 聲. 藍 流- 量. 計. 激一 光- 測- 距. 儀- 的一 時- 間一 間. 隔一 測- 量一 、 頻一 率. 和一 盤 位一 信一 號. 分一 析 等 高 精 度 測一 試 領(lǐng) 域 1 在 這 些 應(yīng)一 用 中 輸 信 號 一 般一 都 較 強 ，- 經(jīng) 簡 單 處- 理一 后 即 可- 作- 為 D- 丄 G P 一 2 一 的一 s A 一 R 丄 S 一 T p 控一 制一 信一 號一 使一 U 用 ，- 而一 該 檢 測 裝 置 的 超一 聲 波 回 波 信 號 尤一 其 是 多 次一 反 射一

8、 回一 波- 信一 號- 非_ 常一 微一 弱一 且一 雜一 波一 較一 大_ 丄 實一 測一 回一 波一 信一 號一 大一 約一 在 v 數(shù)一 量一 級一 必一 須 經(jīng)一 高一 增一 益一 寬一 帶一 放 大一 器 放 大 和一 濾 波 檢 波一 整 形一 處一 理 后一 才一 能 勝 任一 寬一 帶一 放一 大一 器一 由一 A_ D_ 6- 。一 4- 承- 擔一 ，一 可一 獲一 得一 丄 二 5 一 4- d 的一 增- 益一 并一 可一 由一 v G N 端一 電一 壓一 連一 續(xù)一 控 制一 ，- 可 較 好一 地一 滿 足 超一 聲 波 回 波一 信 號 高 速 高 增 益一

9、放一 大 的一 要一 求 丄 丄 考- 慮- 到- 僅一 需- 將- 回一 波一 信一 號一 放 大 處一 理一 后 形 成一 s 丄 o 旦 控一 制 脈 沖一 即一 可 ，- 故一 電 路 僅- 利_ 用一 可- 調(diào)- 電- 阻- 對_ 丄 亠 丄 v_ 基- 準一 電一 壓_ (- 由一 丄 丄 丄 3- 丄 產(chǎn)一 生一 ) 分- 壓 獲一 得- 的一 v G N 電一 壓 進一 行 增- 益一 設(shè) 定 , 但 設(shè) 計 電 路 亦 有 預 留 接 口 可 用 于 接 受 經(jīng) 單 片 機 和一 D 丄 c 輸 出 的一 A G c 控一 制一 電 壓一 亠 實 現(xiàn)一 增. 益. 的. 閉.

10、 環(huán). 控. 制. 1 A- D- 6- 丄 前. 級. 放. 大. 電. 路. 如. 圖 丄 所 示 帶 通 濾 波 器 選 用 由 丄 X 丄 2 丄 構(gòu)一 成. ，- 設(shè). 計 中. 心- 頻. 率一 為. 5- M- H- 丄 ，- X 寬. 約. 為. 丄 H一 丄 鉗一 位. 和 檢- 波一 A一 D 丄 丄 3一 6 完一 成一 ，- 具. 有 卓 越 的 鉗 位 性 匕匕 厶冃 和 精 度 高 恢 復 時一 間 短 非 線 性一 范 圍 2 頻 帶 寬 的. 特 點 檢一 波 輸 出- 信 號 的 整一 形一 處一 理一 由一 A 一 X- 9 一 丄 丄 丄 負一 責一 ，一

11、 這一 是一 一 款一 具一 有 鎖 存 使 能 和一 器 件 關(guān) 斷一 功 能 的 高 速 比 較 器 ，- 具 有- 高一 速一 低一 功一 耗一 高一 抗一 共一 模- 能一 力一 和_ 滿- 擺一 幅一 輸一 入_ 特一 性一 等一 ，一 回一 波一 信一 號一 經(jīng)一 其一 整一 形一 處一 理一 后一 可一 獲一 得一 理一 想一 的 脈一 沖 前 沿 ，一 并 便 于 與一 二 - 丄 邏 輯 電 丄 接 口 亠 還一 可- 以一 方- 便一 地一 實一 現(xiàn)一 回一 波一 信一 號一 輸一 出一 的一 使一 能一 控一 制一 信一 號一 調(diào)一 理一 電一 路一 如一 圖一 丄 所一

12、 示一 時一 間一 差- 測- 量一 電一 路- 回一 波一 信- 號一 時一 差- 測一 量一 選一 用一 丄 德- 國- A c A 公一 司一 的 高- 精- 度- 時 間一 間一 隔- 測一 量- 芯 片一 T D c 二 G 旦 2 T D c 二 G 丄 丄 采 用 丄 4- 腳 丄 Q- F- P- 封- 裝- ，- 內(nèi)- 含- 丄 D_ c_ 測一 量- 單- 元一 丄 6- 位一 算- 術(shù)一 邏- 輯- 單一 元一 R 丄 丄 測一 量- 單一 元 及- 與一 丄 位一 處一 理一 器- 的 接 口 單 元 和 溫 度 補 償 單 元 等 主 要 功 能 模 塊 , 利 用

13、內(nèi) 部 A L U 單 元 計 算 出 時 間 間 隔 并 送 入 結(jié) 果 寄 存 器 保 存 。 T D C 一 G P 2 基 于 內(nèi) 部 的 硬 件 電 路 測 量 傳 輸 延 時 以 信 號 通 過 內(nèi) 部 門 電 路 的 傳 輸 延 遲 來 實 現(xiàn) 高 精 度 時 間 間 隔 測 量 測 量 分 辨 率 可 達 P S 數(shù) 量 級 可 以 很 好 滿 足 項 目 測 量 的 要 求 單 片 機 在 給 超 聲 波 傳 感 器 提 供 發(fā) 射 激 勵 脈 沖 的 同 時 給 T D C G P 2 提 供 S T A R T 信 號 指 令 使 之 開 始 計 時 工 作 超 聲 波

14、接 收 頭 接 收 到 的 反 射 回 波 信 號 經(jīng) 放 大 、 處 理 后 作 為 S T O P 指 令 信 號 由 T D C 一 G P 2 宀 完 成 兩 次 反 射 波 時 間 間 隔 的 測 量 。 由 刖 述 可 知 S T O P 與 S T A R T 信 號 的 時 間 差 大 約 在 6 4 0 1 S 之 間 時 差 測 量 分 辨 率 約 為 0 - 0 7 1 S 為 此 設(shè) 疋 T D C 一 G P 2 工 作 于 測 量 模 式 2 在 該 模 式 下 -H- 心 片 僅 使 用 通 道 1 可 允 許 4 個 脈 沖 輸 入 實 現(xiàn) S T O P 1

15、與 S T A R T 信 號 之 間 的 時 間 差 測 量 測 量 范 圍 在 6 0 n S 2 0 0 m S 然 后 由 T D C 一 G P 2 計 算 出 各 回 波 信 號 間 的 時 間 差 A t = t B 一 t S = t n 一 t n 一 1 。 測 量 原 理 如 下 : 在一 輸 入 s A R 信 號 指 令一 后一 芯 片 內(nèi) K 立口 測. 量. 出. 該. 信. 號. 前. 沿. 與- 丄 時- 鐘. 丄 升. 沿- 的. 時. 差. ，- 標 記- 為 C 厶 之 后 ，- 計- 數(shù) 器 開- 始 工 作- ，- 得 到 P- 丄 d- 丄 丄 丄

16、 的. 丄 作一 周. 期. 數(shù)一 ，- 并. 標. 記. 為一 亠 這一 時. ，- 二g一 新一 激一 活一 芯- 片一 內(nèi). 部一 測一 量一 單一 元. ，- 測 量 出一 輸 的 s T P- 丄 信 號 的 第 一 丄 脈 沖一 U 丄 一 次- 反 射 回一 波 前 沿- 與 丄 一 時- 鐘 上 升- 沿- 的 時- 差一 ，一 標一 記 為一 F 一 厶 2 一 ，一 將一 S 一 T P 一 丄 信一 號一 的一 第一 二 個 脈 沖 丄 二 次 反 射 回 波一 前 沿 與 丄 時一 鐘一 上 升 沿- 的一 時一 差一 標- 記一 為- F_ 丄 3 一 ，一 二 c_

17、 丄 丄 丄 和一 c_ 丄 丄 2 一 分一 別一 表一 示一 個 和一 兩一 個一 時一 鐘一 周一 期一 單一 片 機 接 口 電 路 實 現(xiàn)一 系 統(tǒng) 控 制一 和 數(shù) 據(jù) 處一 理 的 單- 片- 機一 選一 擇一 余一 地一 較一 大一 ，一 項一 目一 結(jié)一 合- 丄 公一 司一 中一 國一 大一 學一 計一 劃一 選一 用一 丄 美一 國一 德一 州一 儀一 器一 公一 司一 生一 產(chǎn)一 的一 s P- 4- 3- 丄 丄 6- 位一 單一 片一 機- ，- 具一 有一 丄 6 一 位一 總一 線一 帶一 F 丄 A s 旦 的一 微 處 理一 器- 和一 功 耗 低 可 靠一

18、 性 高- 亠 抗 強一 電 丄 擾 性一 匕匕 厶冃 好 、 適一 應(yīng) 工 業(yè) 級 運 行一 環(huán) 境 的 特 點- ，- 很- 適一 合- 丄 作一 現(xiàn)_ 場- 測一 試一 設(shè)_ 備- 的一 控一 制一 和- 數(shù)- 據(jù)- 處一 理一 使一 用- 丄 丄 1 T D 丄 二 G 丄 2一 其- 與一 單一 片- 機- 的一 通- 信 方 式 為 四 線 串 行 通 信 S P 利 用 M S P 丄 丄 丄 的一 丄 個 p 2 丄 和 P 丄 亠 丄 I / 口 實 現(xiàn) G- P- 2- 的. 選. 通. 1 中. 斷 和 開- 始. 結(jié). 束- 使. 能. 以. 及. 復 位 等 控 制

19、功. 匕匕 厶冃 O 二 4 3 丄 除 用 來 對- 2 P- 2一 控. 制. 和 數(shù)一 據(jù). 處. 理. 外一 ，- 還. 可- 以一 留. 出. 些. 資. 源一 實. 現(xiàn)一 設(shè)一 備. 其一 他一 電. 路一 和 動一 作. 機一 構(gòu)一 的一 控. 制一 使- 用- 單. 片- 機 接 丄 電 路 原 理 和一 程 序 流 程 分 別 如 圖 OO 和一 圖 所 示一 1 n n n n n n n n n n n n n 2- 結(jié)一 束一 語一 U U U U U U U U U U 項 目一 樣 機 用 一 根 長 2 丄 ，- 2 丄 5 m 管 徑 的 廢一 舊- 儲一 氣一

20、 井一 鋼一 管一 ，一 在一 適一 當- 位_ 置一 加一 丄 丄 丄 。一 丄 寬一 2 一 丄 長一 ，一 2 一 、 丄 、 6 一 、 8 、 9 深 的 5 一 個一 凹 槽 進一 行 試 驗一 檢 測 檢一 測- 裝- 置一 掃一 描一 采一 樣一 頻一 率一 丄 。一 丄 丄 H_ 丄 ，一 探一 頭一 轉(zhuǎn)一 速一 丄 2 一 丄 丄 厶 丄 丄 ，- 提一 升一 速一 度- 2 一 丄 丄 S- ，- 僅一 丄 6- 丄 丄 即- 完一 成一 丄 2- 樣一 管一 的一 掃一 描一 檢一 測一 ，- 并 可一 對一 檢一 測一 出一 的一 管- 壁一 凹一 槽一 深 度- 丄

21、 旦 旦 部- 位 作一 出 報 警 丄 O nJ 采 用一 定 速 法 (- 設(shè) 定 聲 速 為 丄 9- 丄 丄 旦 /_ S- )_ 的_ 測一 量- 結(jié)- 果- 與一 采_ 用一 某- 國- 產(chǎn)一 便- 攜- 式一 測一 厚- 儀一 測一 得- 的一 結(jié)一 果一 對- 照一 比 較 見- 表- 丄 采一 用一 丄 述 定 速 法 測 量 誤 差 稍 大 , 由 測 量 原 m 二 理 可 知 , 管 壁 厚 度 是 在一 測 量 得 到 超一 聲 波 傳 播 時 間 差一 和一 設(shè) 定 聲. 速. 后. 公. 式. 二 A 丄 計- 算一 得. 到. 資 料. 和- 實 測 表 明 在

22、 丄 二 4 時- 溫 度 對- 聲 速 的一 影一 很一 可. 忽. 略. 不- 計. ，- 而- 在一 不- 同. 材- 質(zhì). 鋼. 管一 中. 超一 聲一 波. 傳一 播一 速. 度一 大 概一 在. 5一 4 丄 二 6 丄 厶 丄 ，一 這 將 直 接 影 響 其 傳 播 時 間一 差 , 從 而 對 測 量 結(jié)一 果 造 成 最 大- 約 丄 %- 的一 誤 差 ，- 所 以- 有一 必一 要一 進一 行 聲一 速一 的 精一 確一 標一 定一 項一 目一 樣一 機 選一 取一 一 段 井 管 加 工 成 丄 丄 丄 壁 厚 的 樣 管 , 并一 設(shè) 計 以 下一 程一 序一 進一 行- 測一 量一 前一 的一 井一 口_ 聲一 速一 標一 定一 ，一 程一 序一 流一 程一 如一 圖一 丄 丄 所一