[发明专利]一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路及其工作方法

说明书

一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路，包括数字信号调制器、模拟适配电路以及可编程功率驱动控制电路；所述数字信号调制器包括：在微处理器U1内部设置的数字信号调制器DSM，其用于对超声波换能器的数字驱动信号的调制；反相器A1提供一路与DSM输出信号相位互补的信号，两路所述信号相互配合驱动下述模拟适配电路中所述推挽电路的两臂交替导通和关断；本发明通过所述数字信号调制器采用数字调制信号，其设计优点在于设计灵活高效，可以通过软件实现任意频率、相位、脉宽以及占空比的调制，大大简化硬件电路实现，降低功耗和成本。

技术领域

本发明涉及一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路，属于超声波计量及超声波换能器控制与应用的技术领域。

背景技术

超声波换能器的功能是将输入的电能量转换成机械能量，并以声波的形式发射出去，或者将接收到的声波能量，即一种机械振动能转换为电能，由后端的电路及微处理器做电子化和数字化处理。超声波换能器的信号调制和驱动是根据系统要求产生电激励信号并驱动换能器产生需要的超声波信号输出的电路。

超声波计量设备的国家和行业标准对计量精度和重复性，批量生产产品的一致性都有严格明确的要求，设备必须能够在复杂电磁与声波干扰、恶劣的温度和湿度环境正常工作，适应不同的测量介质以及介质组份变化。为了满足上述要求，超声波计量设备的测量控制电路必须有良好的噪声抑制和抗干扰能力，在实现高的计量精度的前提下，保证工作状态的高可靠性和稳定性。作为超声波计量技术重要组成部分，本发明与计量用超声波换能器、超声波换能器的阻抗匹配电路、高精度数字信号处理算法一道，保证了在各种恶劣工作环境下的计量精度和稳定性。

常用超声波换能器驱动信号的调制模式包括振幅调制、频率调制、脉冲宽度调制、占空比调制以及相位调制等。现有技术多采用模拟调制方法，主要原因是超声波换能器多为模拟器件，无法采用数字信号直接有效驱动。虽然常用超声波换能器驱动信号的调制模式均可以采用模拟调制方式实现，不过和数字调制方法相比，模拟调制方法电路复杂，成本高，灵活性差，尤其是在同一应用中需要同时实现多种信号调制模式时，模拟调制方法的局限性就很明显，甚至是难以实现的。

相比之下，数字调制方法只需利用微处理器通过软件即可实现，需要的硬件材料少，电路简单，实现成本低，而且每一种或者几种，甚至全部信号调制模式都可以方便快捷地实现，即使是模拟调制方法实现难度较大的精密相位调制采用数字调制也可以很容易实现。

然而数字调制的局限是数字信号驱动换能器效率低，难以适用于不同的换能器器件和各种工作环境与介质。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路，包含的模拟适配电路以及可编程功率驱动控制电路与数字信号调制器相匹配。本发明不但能弥补数字调制方法驱动模拟换能器效率低这个局限性、满足不同的超声波换能器的技术要求、适应各种温度湿度及干扰环境，还能实现系统的灵活性和适应性相统一的设计目标。

本发明的技术方案如下：

一种超声波换能器的数字信号调制与驱动电路，包括数字信号调制器、模拟适配电路以及可编程功率驱动控制电路；

所述数字信号调制器包括：在微处理器U1内部设置的数字信号调制器DSM，其用于对超声波换能器的数字驱动信号的调制；反相器A1提供一路与DSM输出信号相位互补的信号，两路所述信号相互配合驱动下述模拟适配电路中所述推挽电路的两臂交替导通和关断；本发明通过所述数字信号调制器采用数字调制信号，其设计优点在于设计灵活高效，可以通过软件实现任意频率、相位、脉宽以及占空比的调制，大大简化硬件电路实现，降低功耗和成本。