高精度測(cè)量超聲波在液體中的傳播速度

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1、. 高精度測(cè)量超聲波在液體中的傳播速度 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 海偉 朱曉波 邱攀 指導(dǎo)教師 郭萬(wàn)有 高精度測(cè)量超聲波在液體中的傳播速度 電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 海偉 朱曉波 邱攀 摘要 超聲檢測(cè)技術(shù)就是利用超聲波在媒質(zhì)中的傳播特性〔聲速、聲衰減、聲阻抗等〕來(lái)獲取媒質(zhì)中的一些非聲學(xué)信息〔如濃度、密度、硬度、彈性、溫度等〕。液體介質(zhì)的彈性模量和聲速后就可以求出液體的密度。超聲波的聲速應(yīng)用在對(duì)原油含水率的準(zhǔn)確檢測(cè)、非侵入式壓力檢測(cè)、漿體濃度檢測(cè)等相當(dāng)多的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。本文正是從上述應(yīng)用背景出發(fā)，研究了一種基于聲循環(huán)法的超聲波測(cè)速系統(tǒng)。下列圖是聲循環(huán)法測(cè)量

2、超聲波傳播時(shí)間的框圖： 圖1 聲循環(huán)法測(cè)量超聲波傳播時(shí)間的框圖 高頻脈沖發(fā)生器通過(guò)發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波脈沖，在液體中傳播一段距離后，被接收換能器接收。經(jīng)放大，整形和鑒別后重新去觸發(fā)高頻脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生下一個(gè)超聲脈沖。這樣的過(guò)程不斷地循環(huán)進(jìn)展，就可以得到一系列脈沖，脈沖的重復(fù)周期T根本上等于超聲波在液體中傳播固定距離L所需的時(shí)間。用頻率計(jì)測(cè)量這一脈沖系列的重復(fù)頻率f或是測(cè)量得到周期T，就可以計(jì)算出超聲波的速度V。假定我們沒(méi)有進(jìn)展循環(huán)，且設(shè)設(shè)備的時(shí)間測(cè)量精度1us,超聲波的傳播時(shí)間是100us，則直接測(cè)量一次得到的有效值是99us或是101us。但是采用循環(huán)法〔假定循環(huán)1000圈〕后，則該裝置

3、測(cè)得的實(shí)際傳播一圈的平均時(shí)間應(yīng)為99.999us或是100.001us，因此該方法能有效地提高測(cè)量的分辨率。同時(shí)該方法對(duì)元器件要求不高，也就是說(shuō)容易用低性能的元器件構(gòu)造高品質(zhì)的測(cè)量電路，因此比擬試用于專業(yè)儀表的開(kāi)發(fā)，例如牛奶分析儀。 當(dāng)然，實(shí)際上使用該方法所測(cè)得的時(shí)間周期不僅僅是超聲波在液體中的延遲時(shí)間，還包括超聲波在換能器，耦合層中的時(shí)間延遲以及電信號(hào)在電路中的時(shí)間延遲等等。但是那些都是ns級(jí)或是ps級(jí)的，對(duì)我們的測(cè)量結(jié)果影響不大。 聲循環(huán)法測(cè)量原理 我們采用如下所示的圖來(lái)說(shuō)明測(cè)量超聲波傳播時(shí)間方案的原理。在接收信號(hào)中，由于承受的的超聲波信號(hào)是波動(dòng)信號(hào)，為確定時(shí)間完畢點(diǎn)，這里采用電壓比

4、擬器，只要設(shè)定適宜的比擬電位，A點(diǎn)表示測(cè)量起始時(shí)刻，B點(diǎn)表示測(cè)量完畢時(shí)刻，而閥門(mén)脈沖是計(jì)數(shù)器的使能信號(hào)，當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)計(jì)數(shù)器工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，假設(shè)該信號(hào)為低電平則計(jì)數(shù)器停頓計(jì)數(shù)。時(shí)鐘脈沖是由有源晶振輸出的周期性脈沖信號(hào)，它是作為時(shí)鐘信號(hào)使用的。 在起始時(shí)刻A，發(fā)射電路發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)，發(fā)射探頭隨即產(chǎn)生超聲波信號(hào)，該信號(hào)穿透液體傳播到接收探頭。在發(fā)射超聲波的階躍信號(hào)觸發(fā)發(fā)射電路發(fā)射超聲波的同一時(shí)刻，閥門(mén)翻開(kāi)，計(jì)數(shù)使能信號(hào)使計(jì)數(shù)觸發(fā)到允許狀態(tài)，計(jì)時(shí)器開(kāi)場(chǎng)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)展計(jì)數(shù)。此次發(fā)射的超聲波信號(hào)最終傳播到接收探頭處并被接收電路接收，在形成對(duì)應(yīng)階躍信號(hào)的B時(shí)刻，再次去觸發(fā)發(fā)射電路，新的超聲波信

5、號(hào)由發(fā)射探頭發(fā)射出來(lái)，而計(jì)數(shù)器的使能信號(hào)不變，這樣重復(fù)前面的過(guò)程，整個(gè)裝置就處于不停"循環(huán)〞的工作過(guò)程中。此裝置的測(cè)量停頓時(shí)刻并不是在接收探頭承受的的第一個(gè)超聲波信號(hào)產(chǎn)生的脈沖階躍邊沿，而是由預(yù)先設(shè)定的*個(gè)超聲波信號(hào)產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)使計(jì)時(shí)停頓。這期間，計(jì)數(shù)器記錄的數(shù)字脈沖信號(hào)總個(gè)數(shù)并不對(duì)應(yīng)于A時(shí)刻到B時(shí)刻的時(shí)間，而是當(dāng)計(jì)數(shù)器起始時(shí)刻到停頓時(shí)刻的時(shí)間，假設(shè)在測(cè)量開(kāi)場(chǎng)后，到計(jì)數(shù)器停頓時(shí)接收電路承受到N個(gè)超聲波信號(hào)，且期間計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的總時(shí)鐘脈沖數(shù)為n,時(shí)鐘脈沖頻率為f,則超聲波信號(hào)傳播一次的時(shí)間即為平均值： 以上就是聲循環(huán)法測(cè)量的原理。由于可以選用頻率比擬高、穩(wěn)定性好的有源晶振作時(shí)鐘脈沖源，即使得上

6、式中的f值為恒定值，所以只要準(zhǔn)確地測(cè)定N、n值就可以比擬好地減小隨機(jī)干擾對(duì)測(cè)量的影響，這就是循環(huán)測(cè)量方法比擬突出的優(yōu)點(diǎn)。 圖2 聲循環(huán)法測(cè)量時(shí)序圖 根據(jù)聲循環(huán)法的思想，總結(jié)以上是研究工作，可以將基于聲循環(huán)法的時(shí)間測(cè)量裝置表達(dá)為如下所示的構(gòu)造。 圖中的超聲波循環(huán)模塊由超聲波發(fā)生器和接收電路組成，超聲波發(fā)生器發(fā)射出超聲波，通過(guò)液體后傳播到接收探頭處，接收探頭接收超聲波信號(hào)并經(jīng)過(guò)處理后輸出鼓勵(lì)信號(hào)使得超聲波發(fā)生器再次發(fā)射出超聲波，模塊重復(fù)以上過(guò)程，則超聲波信號(hào)處于不斷地循環(huán)中。計(jì)時(shí)模塊可用于測(cè)量計(jì)時(shí)開(kāi)場(chǎng)和完畢信號(hào)之間的時(shí)間，只要開(kāi)場(chǎng)信號(hào)對(duì)應(yīng)于超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波的時(shí)刻，使完畢信號(hào)對(duì)應(yīng)于接收

7、探頭接收到超聲波信號(hào)的時(shí)刻，則計(jì)時(shí)器的結(jié)果就是超聲波傳播的時(shí)間了?？刂茊卧潜ＷC電路順利工作的重要構(gòu)造，它既是實(shí)現(xiàn)電路控制，測(cè)量結(jié)果處理的核心，也是對(duì)外的接口，實(shí)現(xiàn)顯示，與微機(jī)通訊，接收操作輸入等功能。單片機(jī)以其集成度高，功能齊全，編程靈活等優(yōu)點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)這一功能塊的適宜選擇，而且可編程的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)改良開(kāi)發(fā)提供了平臺(tái)，在此根底上比擬容易實(shí)現(xiàn)儀表的智能化、現(xiàn)代化。目前MSP430系列單片機(jī)已經(jīng)成為主流，且加上其低功耗的特性，使得其在便攜式設(shè)備上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛?？紤]到本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于便攜式設(shè)備上，因此我們采用MSP430單片機(jī)。 本工程的設(shè)計(jì)工作將按上述構(gòu)造思路展開(kāi)，進(jìn)展測(cè)量系統(tǒng)的各模塊設(shè)計(jì)。

8、 圖3 基于聲循環(huán)法的超聲波傳播時(shí)間測(cè)量方法構(gòu)造圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)制作 1超聲波信號(hào)發(fā)生的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)分塊設(shè)計(jì)的思想，設(shè)計(jì)中的超聲波傳播時(shí)間測(cè)量裝置將分為兩大功能 塊，超聲波接收發(fā)射電路和信號(hào)計(jì)時(shí)電路。超聲波主要是由換能器實(shí)現(xiàn)發(fā)射的，超聲波換能器又稱為超聲波探頭，是完成超聲波發(fā)射和接收的關(guān)鍵器件。所謂換能器就是進(jìn)展能量轉(zhuǎn)換的器件，超聲波換能器能將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成高頻聲能，也可以把超聲能量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的能量，超聲波發(fā)射換能器實(shí)現(xiàn)的是前一功能，而接收探頭實(shí)現(xiàn)的是后者的功能。壓電換能器是一種基于*些晶體的壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換的一種電聲換能器。本實(shí)驗(yàn)中采用壓電換能器。 在實(shí)際應(yīng)用

9、中，一般多是使用持續(xù)時(shí)間有限的脈沖超聲波，由于工程技術(shù)的需要，又進(jìn)一步分其為寬脈沖和窄脈沖。由傅立葉分析可知，一個(gè)脈沖可以看做是無(wú)限個(gè)不同頻率的正弦波組成的，一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間越短，它所包含的諧波頻率圍就越寬，頻率近乎單一的脈沖可以稱為寬脈沖，而窄脈沖是包含較多頻率成份的脈沖。相比于寬脈沖，窄脈沖不易發(fā)生干預(yù)，信噪比也比擬大，而且超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間愈短愈利于提高距離探測(cè)的分辨率。因此，本實(shí)驗(yàn)采用窄脈沖。 用上升沿非常陡的尖脈沖，鼓勵(lì)高阻尼探頭就可以獲得窄脈沖，且鼓勵(lì)脈沖前沿愈陡，所產(chǎn)生的超聲脈沖就愈窄。超聲波壓力測(cè)量需要得到準(zhǔn)確的超聲波 傳播時(shí)間變化量，采用脈沖鼓勵(lì)易于確定時(shí)間邊沿。 脈沖

10、的產(chǎn)生常用的方法是開(kāi)關(guān)電路。下列圖就是一個(gè)利用電子開(kāi)關(guān)效應(yīng)制作的脈沖發(fā)生器。圖中，電路工作時(shí)電流將通過(guò)限流電阻R，對(duì)隔直電容CB進(jìn)展充電。這里設(shè)置隔直電容而不直接將壓電晶片接到電壓源上是由于壓電晶片長(zhǎng)期承受偏壓會(huì)被損壞。電路穩(wěn)定時(shí)，隔直電容的電壓將被充到VH，V。的值根據(jù)激發(fā)探頭需要情況而定。由于是通過(guò)R對(duì)電容進(jìn)展充電，因此時(shí)間常數(shù)R*CB將決定電路的最大可重復(fù)頻率， S是一個(gè)快速的開(kāi)關(guān)，當(dāng)其接通時(shí)，引起一次從隔直電容向換能器及其相連的電負(fù)載的電荷轉(zhuǎn)移，此處的電負(fù)載是指電阻與調(diào)諧電感的組合及換能器等元件。在超聲波探頭和發(fā)射電路之間連有傳導(dǎo)線，對(duì)脈沖信號(hào)有衰減作用，圖中用LC網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示這種作用。

11、 圖5 脈沖發(fā)生器構(gòu)造 開(kāi)關(guān)的電氣特性對(duì)設(shè)備的性能有很大的影響。電子開(kāi)關(guān)的特性可以用如下幾個(gè)指標(biāo)來(lái)表征:從截止到完全導(dǎo)通所經(jīng)歷的時(shí)間即導(dǎo)通時(shí)間t0,最大峰值電流IP，在通狀態(tài)的電阻RO，在截止?fàn)顟B(tài)的最大擊穿電壓等。導(dǎo)通電阻RO將使輸入負(fù)載的電流減小，換能器的超聲幅度也減小，這就要求高效率的脈沖發(fā)生器系統(tǒng)有低的導(dǎo)通電阻，且要用盡可能大的隔直電容，同時(shí)開(kāi)關(guān)必須具有大的峰值電流容量.開(kāi)關(guān)型的MOSFET具有很高的工作電壓，導(dǎo)通時(shí)間比擬快，導(dǎo)通電阻也比擬低，因此比擬適合當(dāng)作電子開(kāi)關(guān)使用。 綜上所述，本設(shè)計(jì)的超聲波脈沖發(fā)生器構(gòu)造如下：圖中的IR2110是場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)芯片，可輸出+12V電壓，電

12、路采用該芯片的主要目的是使場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通速度更快。電源經(jīng)過(guò)R1, R4對(duì)電容C4充電，IRF740作為電子開(kāi)關(guān)，當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)，C4上的電荷迅速轉(zhuǎn)移，因而形成一個(gè)脈沖電壓信號(hào)，該脈沖信號(hào)可以鼓勵(lì)超聲波探頭發(fā)射超聲波. ，圖中的SWITCH對(duì)應(yīng)于超聲波傳播到接收探頭后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換形成的負(fù)向階躍信號(hào)，當(dāng)EE為1時(shí)，超聲波的到來(lái)將觸發(fā)74LS00輸出高電平，IR2110因此輸出+12V電平，于是場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，超聲波發(fā)射的進(jìn)程隨即開(kāi)場(chǎng)。在開(kāi)場(chǎng)時(shí)刻，只要EE輸出變?yōu)?超聲波發(fā)生器就開(kāi)場(chǎng)工作，但是在隨后的循環(huán)中，須置EE為1，以便SWITCH可以對(duì)超聲波發(fā)生器進(jìn)展觸發(fā)。電阻R6, R7在電路中起衰減器的作用，使脈

13、沖的拖尾作用減小，這里設(shè)置為可調(diào)方式。 圖6 超聲波發(fā)生電路 2.超聲波信號(hào)接收電路 由發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)過(guò)液體后傳播到接收探頭，期間由于發(fā)生衰減、散射等作用，超聲波的能量會(huì)有局部衰減，同時(shí)傳播到超聲波接收探頭出的超聲波也只有一小局部能力傳到壓電晶片中并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，這是一個(gè)mV級(jí)的信號(hào)，只有經(jīng)過(guò)放大后才能進(jìn)一步應(yīng)用。超聲波接收電路的主要作用是將超聲波信號(hào)加以放大并為后續(xù)電路提供穩(wěn)定地大小適宜的電信號(hào)，一般地超聲波接收電路可以分為放大和濾波兩局部，其中其關(guān)鍵作用的是放大器，而濾波電路主要是用于減小超聲波信號(hào)中的噪聲。 通常，壓電瓷晶片超聲波探頭的輸出阻抗很高，阻可高達(dá)~，靜態(tài)電容

14、為幾千皮法，且輸出的電壓小，一般為毫伏級(jí)，因此超聲波前置放大電路的設(shè)計(jì)必須考慮這些情況。另外，本設(shè)計(jì)采用的超聲波探頭頻率為40KHz，因此選用的電路必須有足夠的工作頻率寬度。目前，電壓的放大比擬器常用的是由OP放大器組成的反響電路。用于電量放大的OP放大器，還有一些專用的電路如電荷放大器電路等。如下所示的是一個(gè)以O(shè)P放大器芯片為核心的適用于超聲波前置放大電路的構(gòu)造示意圖。圖中R為匹配電阻；C1為隔直濾波電容，同時(shí)起到接收電荷的作用；為保證電路的工作頻率，R1、R2須與其配合，使時(shí)常數(shù)小于400ns，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，這里C1、R1、R2可分別取為1000pF、110和10K；為反響電阻，作為前置放

15、大級(jí)，為防止噪聲等干擾信號(hào)對(duì)超聲波信號(hào)的過(guò)度影響，保證后續(xù)電路的性能，該局部電路的放大倍數(shù)不宜過(guò)大，這里可以設(shè)置為2K，使信號(hào)放大20倍左右；R4為補(bǔ)償電阻，設(shè)其值為,可以減小偏置電流對(duì)電路的影響。放大器電路的核心是OP放大器，選擇一個(gè)適宜規(guī)格的放大器才能使電路按照要求工作。按照OP放大器性能來(lái)分有如下幾類放大器：通用型：低輸入偏置、高輸入阻抗型，一般偏置電流為0.1pA~50pA,輸入阻抗；低失調(diào)電壓型，其失調(diào)電壓一般為50uV~1mV；低漂移型，該類放大器的漂移值一般在5uV左右；高速寬帶型，用壓擺率來(lái)衡量，一般在5~70V/us；低功耗型，其靜態(tài)功耗在5mW以下；等效輸入噪聲小于2uV的

16、放大器為低噪聲型放大器。除了以上的類型之外，還用高輸出電流型，高精度型等，其中高精度型綜合了各方面的指標(biāo)，一般各項(xiàng)性能都不錯(cuò)。由于本設(shè)計(jì)的超聲波探頭的特性尤其是輸出為小信號(hào)這一點(diǎn)，這里需要高速寬帶且低噪聲的OP放大器。TI公司在模擬器件制作方面在行業(yè)是比擬領(lǐng)先的，旗下的放大器產(chǎn)品種類齊全，應(yīng)用廣泛，銷售效勞良好且產(chǎn)品資訊的獲取非常方便。TI有多種產(chǎn)品適合上述要求，如高速放大器OPA847,高速低噪聲的OPA300,高精度低噪聲的OPA228,在這兒我們選用高速低噪聲的OPA300。由于前置放大器電路放大的倍數(shù)只有20倍左右，因此經(jīng)過(guò)放大之后輸出的電壓信號(hào)仍舊比擬小，需要進(jìn)一步放大。故而我們選用

17、兩級(jí)放大電路，放大器的選取同上。 圖7 超聲波前置放大電路 圖8 可調(diào)放大電路 經(jīng)過(guò)放大電路后，超聲波信號(hào)變?yōu)榉?jí)的波動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)不可防止的存在諸多的噪聲成分，對(duì)這類模擬信號(hào)，為得到更好的波動(dòng)信號(hào)，通常采用濾波器進(jìn)展濾波。本設(shè)計(jì)中將采用雙二階濾波器電路，盡管這種電路采用的運(yùn)放比擬多，但是由于RC元件和運(yùn)放增益的變化對(duì)濾波器特性影響小，該種濾波電路特別適用于高Q值應(yīng)用，而且具有調(diào)整容易的優(yōu)點(diǎn)。在濾波功能上，為抑制超聲波中除40KHz以外的信號(hào)，這里采用帶通濾波器。其構(gòu)造示意圖如下： 圖9 帶通濾波器 運(yùn)算放大器必須保證有足夠的帶寬，因此我們可以選用OP228。 要使超聲波發(fā)

18、生裝置在確定的時(shí)間發(fā)射超聲波，最好是以階躍信號(hào)去觸發(fā)開(kāi)關(guān)，但是這里得到的是連續(xù)的波動(dòng)信號(hào)，因此就無(wú)法得到一個(gè)點(diǎn)可以確定對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。另外，如果要得到計(jì)時(shí)的起始停頓信號(hào)，最好也是得到階躍信號(hào)。因此首先在電路中需要解決波動(dòng)信號(hào)到階躍信號(hào)的變換問(wèn)題。 由模擬信號(hào)得到對(duì)應(yīng)的階躍信號(hào)，最常用的方法是通過(guò)模擬電壓比擬器比擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬電壓比擬器實(shí)際上是一種對(duì)微小的差模電壓信號(hào)進(jìn)展放大，并按一定的邏輯電平做出快速反響的器件。模擬電壓比擬器有兩個(gè)輸入端，一端接輸入模擬電壓，一端接參考電壓，該電壓可以是與輸出有關(guān)的電壓。一般的比擬電平不為零的電壓比擬器叫做電平檢測(cè)器，由于信號(hào)波動(dòng)頻繁，這里選用的是電平檢測(cè)器。超

19、聲波電壓信號(hào)由輸入端輸入，當(dāng)其電壓超過(guò)參考電壓時(shí)，電壓檢測(cè)器輸出電壓由高電平躍為低電平。經(jīng)過(guò)上述轉(zhuǎn)換過(guò)程，超聲波電壓波動(dòng)信號(hào)就轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的一列負(fù)向脈沖。比擬電路如下。超聲波電壓波動(dòng)信號(hào)由WAVE端輸入，經(jīng)過(guò)比擬器之后，輸出為兩列脈沖序列W1和W2. 圖10 比擬電路 比擬器將超聲波的波動(dòng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成了一段脈沖序列，要確定一個(gè)時(shí)刻就必須從中選擇*個(gè)脈沖邊沿作為時(shí)間點(diǎn)，選波電路將實(shí)現(xiàn)這一功能。 從功能要求上分析，選波電路的輸出只能由一個(gè)脈沖觸發(fā)，其余的脈沖不再 改變其輸出狀態(tài)，這樣的"記憶〞功能一般可以用觸發(fā)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)。下列圖給出了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)以上功能的電路。 電路中的清零控制、重置

20、控制、計(jì)時(shí)啟停控制端口均由單片機(jī)控制;計(jì)時(shí)啟停信號(hào)接到后續(xù)的計(jì)時(shí)電路模塊，其輸出為1時(shí)計(jì)數(shù)器處于工作狀態(tài)，為0時(shí)計(jì)數(shù)器停頓計(jì)時(shí);由比擬器輸出的兩列脈沖輸入脈沖1, 2，作為時(shí)鐘信號(hào)分別輸入①號(hào)②號(hào)JK觸發(fā)器。其中W2, W1為比擬其輸出的脈沖序列，RENEW為選波電路的清零控制端口，EI為計(jì)時(shí)啟停閘門(mén)控制信號(hào)端口，MR為清零端口，STASTO為計(jì)時(shí)啟停信號(hào)，SWITCH輸入單片機(jī)的計(jì)數(shù)器輸入端口T1和外部中斷端口INT1管腳，以便單片機(jī)判斷電路的狀態(tài)，進(jìn)展相應(yīng)的重置以及對(duì)循環(huán)圈數(shù)進(jìn)展計(jì)數(shù)。STASTO控制著計(jì)時(shí)器的工作與停頓，是后續(xù)模塊的接口端。實(shí)際應(yīng)用中使用的芯片是SN74ALS112。

21、圖11 選波電路 利用超聲波在不同介質(zhì)中傳播速度的不同，可以檢測(cè)出組成此傳播媒質(zhì)的各成分百分比。而我們這里主要是完成速度的高精度測(cè)量。 整個(gè)硬件電路分為兩大模塊：信號(hào)產(chǎn)生電路和信號(hào)接收電路。這兩大局部共同構(gòu)成超聲波發(fā)生器。 整體設(shè)計(jì)思想：當(dāng)單片機(jī)一復(fù)位，系統(tǒng)開(kāi)場(chǎng)工作，信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)，到達(dá)接收端后對(duì)信號(hào)進(jìn)展放大和頻率的轉(zhuǎn)換，經(jīng)改變后的頻率通過(guò)待測(cè)液體到 達(dá)信號(hào)產(chǎn)生端，于是單片機(jī)計(jì)數(shù)器加一，經(jīng)過(guò)上萬(wàn)次的來(lái)回，超聲波傳播的距離已經(jīng)足夠遠(yuǎn)〔因此可以忽略定時(shí)器產(chǎn)生的us級(jí)誤差〕，同時(shí)根據(jù)計(jì)數(shù)器以及單程的距離可以計(jì)算出整個(gè)傳播的路程。然后又根據(jù)單片機(jī)的計(jì)時(shí)，測(cè)出超聲波通過(guò)液體時(shí)對(duì)應(yīng)的速度。 其應(yīng)用：根據(jù)速度，再用相關(guān)的軟件，準(zhǔn)確測(cè)量液體中的超聲速度對(duì)研究該液體的物理性能、分子構(gòu)造、聲光作用的機(jī)理以及聲阻抗的測(cè)量等都很的意義的。我們就可以推測(cè)出液體的相關(guān)成分，從而到達(dá)檢測(cè)的目的！例如假酒的檢測(cè)，牛奶成分分析等等。 . >