高精度測(cè)量超聲波在液體中地傳播速度

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1、實(shí)用文檔 高精度測(cè)量超聲波在液體中的傳播速度 西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 張海偉 朱曉波 邱攀 指導(dǎo)教師 郭萬(wàn)有 文案大全 實(shí)用文檔

2、 高精度測(cè)量超聲波在液體中的傳播速 度 西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院 張海偉 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）。已知液體介質(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)原油含水率的精確檢測(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)。下圖是聲循環(huán)法測(cè)量超聲波傳播時(shí)間的框圖：

3、 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)行， 就可以得到一系列脈沖， 脈沖的重復(fù)周期 T 基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)行循環(huán)， 且設(shè)設(shè)備的時(shí)間測(cè)量精度

4、1us, 超聲波的傳播時(shí)間是 100us，那么直接測(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，那么該裝置測(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 文案大全 實(shí)用文檔 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， 因此比較試用于專業(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

5、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，由于接受的的超聲波信號(hào)是波動(dòng)信號(hào)， 為確定時(shí)間結(jié)束點(diǎn)， 這里采用電壓比較器，只要設(shè)定合適的比較電位， A 點(diǎn)表示測(cè)量起始時(shí)刻， B 點(diǎn)表示測(cè)量結(jié)束時(shí)刻，而閥門脈沖是計(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)，若該信號(hào)為低電平則計(jì)數(shù)器停止計(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

6、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， 閥門打開(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)始對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(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)量停止時(shí)刻并不是在接收探頭接受的的第一個(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)定的某個(gè)超聲波信號(hào)產(chǎn)生的脈沖觸發(fā)使計(jì)時(shí)停止。 這期間，計(jì)數(shù)器記錄的數(shù)字

7、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)刻到停止時(shí)刻的時(shí)間，假設(shè)在測(cè)量開(kāi)始后， 到計(jì)數(shù)器停止時(shí)接收電路接受到 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, 那么超聲波信號(hào)傳播一次的時(shí)間即為平均值： n t fN 以上就是聲循環(huán)法測(cè)量的原理。由于可以選用頻率比較高、穩(wěn)定性好的有源 晶振作時(shí)鐘脈沖源，即使得上式中的 f 值為恒定值，所以只要準(zhǔn)確地測(cè)定 N、 n 值就可以比較好地減小隨機(jī)干擾對(duì)測(cè)量的影響， 這就是循環(huán)測(cè)量方法比較突出的優(yōu)點(diǎn)。

8、 文案大全 實(shí)用文檔 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)為如下所示的結(jié)構(gòu)。 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)處理后輸出激勵(lì)信號(hào)使得超聲

9、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)始和結(jié)束信號(hào)之間的時(shí)間，只要開(kāi)始信號(hào)對(duì)應(yīng)于超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波的時(shí)刻， 使結(jié)束信號(hào)對(duì)應(yīng)于接收探頭接收到超聲波信號(hào)的時(shí)刻，那么計(jì)時(shí)器的結(jié)果就是超聲波傳播的時(shí)間了。 控制單元是保證電路順利工作的重要結(jié)構(gòu)， 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)這一功能塊的合適選擇， 而且可編程的優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)改進(jìn)開(kāi)發(fā)提供了平臺(tái)， 在此基礎(chǔ)上比較容易實(shí)現(xiàn)儀表的 智能化

10、、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。 考慮到本設(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)。 本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作將按上述結(jié)構(gòu)思路展開(kāi)，進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的各模塊設(shè)計(jì)。 文案大全 實(shí)用文檔 圖 3 基于聲循環(huán)法

11、的超聲波傳播時(shí)間測(cè)量方法結(jié)構(gòu)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)行能量轉(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某些晶體的壓電效應(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。

12、 在實(shí)際應(yīng)用中，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 率范圍就越寬， 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)生干涉，信噪比也比較大，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，激勵(lì)高阻尼探頭就可以獲得窄脈沖，且激勵(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

13、精確的超聲波傳播時(shí)間變化量，采用脈沖激勵(lì)易于確定時(shí)間邊沿。 文案大全 實(shí)用文檔 脈沖的產(chǎn)生常用的方法是開(kāi)關(guān)電路。 下圖就是一個(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)行充電。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)行充電，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，

14、 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。 圖5 脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu) 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 t 0, 最大峰值電流 I P，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

15、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)間比較快， 導(dǎo)通電阻也比較低， 因此比較適合當(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)生器結(jié)構(gòu)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

16、沖信號(hào)可以激勵(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)始。 在開(kāi)始時(shí)刻， 只要 EE輸出變?yōu)?0超聲波發(fā)生器就開(kāi)始工作，但是在隨后的循環(huán)中，須置 EE為1， 文案大全 實(shí)用文檔 以便 SWITCH可以對(duì)超聲波發(fā)生器進(jìn)行觸發(fā)。電阻 R6, R7 在電路中起衰減器的作用，使脈沖的拖尾作用減小，這里設(shè)置為可調(diào)方式。

17、 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)有部分衰減， 同時(shí)傳播到超聲波接收探頭出的超聲 波也只有一小部分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)定地大小合適的電信號(hào)， 一般地超聲波接收電路可以

18、分為放大和濾波兩部分， 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，壓電陶瓷晶片超聲波探頭的輸出阻抗很高，內(nèi)阻可高達(dá) 108 ~1010 ， 靜態(tài)電容為幾千皮法， 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，電壓的放大比較器常用的是由OP放大器組成的反饋電路。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 OP放大器芯片為核心的適用于超聲波前置放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖

19、。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； R 為反饋電阻，作為前置放大級(jí)，為防止噪聲等干擾信號(hào)對(duì)超聲波信號(hào)的過(guò)度 文案大全 實(shí)用文檔 影響，保證后續(xù)電路的性能，該部分電路的放大倍數(shù)不宜過(guò)大，這里 R 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 R / / R1 110 , 可以 減小偏置電流對(duì)

20、電路的影響。放大器電路的核心是 OP放大器，選擇一個(gè)合適規(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 1012 ~ 1013 ；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

21、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)內(nèi)是比較領(lǐng)先的，旗下的放大器產(chǎn)品種類齊 全，應(yīng)用廣泛，銷售服務(wù)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)仍舊比較小， 需要進(jìn)一步放大。 故而我們選用兩級(jí)放大電路，放大器的選取同上。

22、 圖 7 超聲波前置放大電路 文案大全 實(shí)用文檔 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)不可避免的存在 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) 行

23、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)放比較多， 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。其結(jié)構(gòu)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)生裝置在確定

24、的時(shí)間內(nèi)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)的起始停止信號(hào)，最好也是得到階躍信號(hào)。因此 文案大全 實(shí)用文檔 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)模擬電壓比較器比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬電壓比較器實(shí)際上是一種對(duì)微小的差模電壓信號(hào)進(jìn)行放大， 并按一定的邏輯電平做出快速反應(yīng)的器件。 模擬電壓比較器有兩個(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。 一般的比較電平不為零的電壓

25、比較器叫做電平檢測(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。 比較電路如下。 超聲波電壓波動(dòng)信號(hào)由 WAVE端輸入，經(jīng)過(guò)比較器之后，輸出為兩列脈沖序列 W1和 W2. 圖 10 比

26、較電路 比較器將超聲波的波動(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)刻就必須從中選擇某個(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)門電路實(shí)現(xiàn)。下圖給出了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)以上功能的電路。 電路中的清零控制、重置控制、計(jì)時(shí)啟?？刂贫丝诰蓡纹瑱C(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) 文案大全 實(shí)用文檔 器停止計(jì)時(shí) ; 由比較器輸出的兩列脈沖輸入脈沖 1, 2 ，作

27、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為比較其輸出的脈沖序列， 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)行相應(yīng)的重置以及對(duì)循環(huán)圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 STASTO控制著計(jì)時(shí)器的工作與停止，是后續(xù)模塊的接口端。實(shí)際應(yīng)用中使用的芯片是SN74ALS112。

28、 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。 這兩大部分共同構(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)始工作，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)行放大和頻率的轉(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，精確測(cè)量液體中的超聲速度對(duì)研究該液體的物理性能、 分子結(jié)構(gòu)、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， 從而達(dá)到檢測(cè)的目的！ 例如假酒的檢測(cè)，牛奶成分分析等等。 文案大全