[实用新型]一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置

摘要

本实用新型公开了一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置，该装置包括测量换能器电压的电压传感器、测量换能器电流的电流传感器、第一调理电路、第二调理电路、ARMCortex-M3微处理器和TFT-LCD显示单元；本实用新型测量精度高，计算量小、适用于非同步采样，且非常适合高频信号的相位差测量。可以实时获取换能器工作过程中的电压、电流信号频率，根据实际信号频率修正测量误差，得到高准确度的换能器阻抗角，且该频率还可以为超声波发生器实现频率跟踪提供依据。

主权项

 一种正交相关法测量超声换能器阻抗角的装置，该装置包括测量换能器电压的电压传感器、测量换能器电流的电流传感器、第一调理电路、第二调理电路、ARM Cortex‑M3微处理器和TFT‑LCD显示单元；其特征在于：电压传感器与第一调理电路信号输入接口通过杜邦线连接，电流传感器与第二调理电路通过杜邦线连接；第一调理电路的信号输出接口通过杜邦线与ARM Cortex‑M3微处理器内部的一个模数转换器输入口连接；第二调理电路的信号输出接口通过杜邦线与ARM Cortex‑M3微处理器内部的另一个模数转换器输入口连接；电压传感器接15V电源，电流传感器接+5V电源，第一调理电路接+5V电源，第二调理电路接+5V电源；ARM Cortex‑M3微处理器接+5V电源，ARM Cortex‑M3微处理器与TFT‑LCD显示屏通过8060总线连接；所述的第一调理电路，包括第一霍尔电压传感器U1、第一运算放大器U2A、第二运算放大器U2B、第三运算放大器U2C、第四运算放大器U2D、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2；第一霍尔电压传感器U1的型号为CHV—25P；第一电阻R1一端与电压传感器的输入端In+相连，另一端与霍尔电压传感器U1的1脚相连，电压传感器的输出端In‑与霍尔电压传感器U1的2脚相连，霍尔电压传感器U1的3脚与15V电源的负极相连，霍尔电压传感器U1的4脚与15V电源的正极相连，霍尔电压传感器U1的5脚与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与地相连；第三电阻R3的一端与霍尔电压传感器U1的5脚相连，另一端与第一运算放大器U2A的正向输入端相连，第一运算放大器U2A的反向输入端与输出端相连，第一运算放大器U2A的正电源端与+15V电源相连，第一运算放大器U2A的负电源端与‑15V电源相连，第一运算放大器U2A的输出端与第四电阻R4的一端相连，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端与第二运算放大器U2B的正向输入端相连，第一电容C1的一端与第四电阻R4的另一端相连，第一电容C1的另一端与第二运算放大器U2B的输出端相连，第二电容C2的一端与第二运算放大器U2B的正向输入端相连，第二电容C2的另一端与地相连，第二运算放大器U2B的反向输入端与第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端相连，第六电阻R6的另一端与地相连，第七电阻R7的另一端与第二运算放大器U2B的7端相连，第二运算放大器U2B的正电源端与+15V电源相连，第二运算放大器U2B的负电源端与‑15V电源相连，第八电阻R8的一端与第二运算放大器U2B的输出端相连，第八电阻R8的另一端与第三运算放大器U2C的反向输入端、第9电阻R9的一端、第十一电阻R11的一端相连，第九电阻R9的另一端与+5V电源相连，第三运算放大器U2C的正向输入端与第十电阻R10的一端相连，第十电阻R10的另一端与地相连，第十一电阻R11的另一端与第三运算放大器U2C的输出端、第十二电阻R12的一端相连，第三运算放大器U2C的正电源端与+15V电源相连，第三运算放大器U2C的的负电源端与‑15V电源相连，第十二电阻R12的另一端与第四运算放大器U2D的反向输入端、第十四电阻R14的一端相连，第四运算放大器U2D的正向输入端与第十三电阻R13的一端相连，第十三电阻R13的另一端与地相连，第十四电阻R14的另一端与第四运算放大器U2D的14端、第十五电阻R15的一端相连，第四运算放大器U2D的正电源端与+15V电源相连，第四运算放大器U2D的负电源端与‑15V电源相连，第十五电阻R15的另一端与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阳极连接并作为输出接口Out，第一二极管D1的阴极接+3.3V电源，第二二极管D2的阴极与地相连，经调理电路1调理之后的换能器电压输出接口Out与微处理器ARM Cortex‑M3内部模数转换器的一个输入接口相连；所述的第二调理电路2，包括第一霍尔电流传感器，第一电容C1，第一霍尔电流传感器型号为ACS712 ‑05B；第一霍尔电流传感器的1脚和2脚相连并与电流传感器的信号输入端连接，第一霍尔电流传感器的3端和4端相连并与电流传感器的信号输出端连接，第一霍尔电流传感器的5脚端与+5V电源相连，第一霍尔电流传感器的6脚与微处理器ARM Cortex‑M3内部模数转换器的另一个输入接口相连，第一霍尔电流传感器的7脚与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端与第一霍尔电流传感器的8脚连接并接地。