亚洲乱亚洲乱妇国产36p_如何設計便攜式超聲波水聲聲壓計

　　系統設計
　　設計目標要求:實(shí)現15-45kHz超聲波聲壓、聲強的測量。測量的范圍是0-10個(gè)大氣壓(或聲壓級范圍：30-120dB)。測量的誤差為在總體的頻率范圍內大小3dB,對單一頻率小于1dB。
　　CS-3型水聽(tīng)器的特性是在10-100kHz,其M參數的不一致性小于3dB。M參數是指水聽(tīng)器受單位聲壓的作用而產(chǎn)生的輸出電壓,單位是V/Pa。用分貝表示的M參數是：
M(dB )=20log(M/Mo),其中Mo為參考聲壓Mo=1V/礟a。
聲強I=P2 /(r*C),其中P為聲壓,C為聲速,r為密度。
　　為滿(mǎn)足設計的目標,需進(jìn)行測量誤差分析。
　　對應于在為30-120dB的聲壓級,在流體中的聲強為：I=P*V*cosy
　　自由場(chǎng)中聲強為：I=P2/(r*C)
　　聲強級的表達式為：I=10log(I/Io)
　　其中Io為10-12 (W/m2),在自由聲場(chǎng)中聲壓級與聲強級近似相等。
　　從而可得出(在近似測量中)聲強級的不一致性對應于M參數的不一致性小于3dB。
　　從而得出：不必進(jìn)行頻率校正,聲壓、聲強的不一致性可以滿(mǎn)足要求。
　　由于一般測的是有效聲壓,為平均值,所以測量的精度相比起來(lái)比較容易實(shí)現。跟隨、放大、濾波、峰值和頻率檢測,產(chǎn)生誤差主要在濾波、峰值和頻率檢測。我們所設計的濾波通帶不穩定度為1dB、峰值檢測的誤差小于1dB,但通過(guò)進(jìn)行頻率的檢測,和時(shí)間的平均,進(jìn)行軟件和硬件的補償可以使誤差較好的滿(mǎn)足要求。
　　根據上面的分析,考慮到超聲波測量的特點(diǎn),系統框圖示于圖1。其中預加重考慮隔直和系統頻率特性。

圖1 系統框圖

圖2 高通濾波電路

跟隨器起隔離水聽(tīng)器和減小后端電路影響的作用。放大器與分壓通過(guò)可控增益放大來(lái)實(shí)現,也可通過(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現測量范圍的轉換。帶通濾波為測量特定頻率的超聲波聲壓的必需。峰值檢測為測量和計算聲壓的原始數據,頻率為提供頻率數據和進(jìn)行聲壓計算的頻率校正。
　　帶通濾波電路
　　考慮系統對頻率范圍的不平度有較高的要求,采用巴特沃斯濾波器進(jìn)行設計。帶通由高通和低通級聯(lián)實(shí)現。
　　考慮具體的要求截至頻率定為10kHz。取高通的階數為5,低通的階數為6。圖2是高通濾波電路。
　　峰值檢波電路
　　圖3是用集成放大器來(lái)實(shí)現峰值檢波的電路。
　　過(guò)零檢測電路
　　過(guò)零檢測電路在輸出需考慮與MSP430的接口問(wèn)題,因而增加了接口轉換電路(圖4)。

圖3 峰值檢波電路

圖4 過(guò)零檢測電路

系統接口
　　本系統用TI公司MSP430微控制器的P6端口的12位A/D轉換進(jìn)行峰值測量,利用P1口的定時(shí)捕獲/比較進(jìn)行頻率測量。在MSP430硬件的設計上提供晶振、復位、時(shí)鐘電路以及JTAG,完成整體設計。根據硬件,設計相關(guān)的軟件進(jìn)行聲壓測量。
　　結語(yǔ)
　　本聲壓計的設計采用了功耗極低的MSP430微控制器,用簡(jiǎn)單和便宜的集成運放和比較器實(shí)現較為復雜的超聲波的信號調理電路設計,滿(mǎn)足了設計的要求。

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