电容式微机械超声换能器的收发一体电路实现

电容式微机械超声换能器收发一体电路研究的难点为换能器模式的转换和高频微弱信号的检测。文中利用限幅原理设计了收发隔离电路,实现了换能器发射与接收模式的分离,并设计了基于跨阻放大的检测电路,实现了对高频微弱信号的提取,克服了以上难点。通过水下测试系统的搭建,对其进行实验验证,结果表明收发一体电路的检测精度可达到25 p F/s,同时该电路还具有良好的线性度和稳定性。     

高密度电路模块电磁扫描检测信息的管理实现

本文针对目前高密度电路模块组装质量检测技术不足的问题,提出了将电磁扫描技术应用于高密度电路模块组装质量检测中的思路,实现了高密度电路电磁扫描检测系统的应用。为了有效地存储和管理电路板信息,方便系统的使用和查询,分析了高密度电路电磁扫描检测系统中电路板信息存储与管理的需求,设计了电路板信息存储管理模块,并根据设计方案实现了电路板信息管理功能。测试结果表明本文实现的电路板信息的管理模块,操作简单,查询方便并且可靠性高。     

基于超声波技术的非接触液位开关

在工业生产中液位开关起到了重要作用。传统的液位开关一般为浮球式或连通器式,难以满足高压、强腐蚀性等特殊液体的测量要求。为此,文中设计了一种非接触液位开关。该装置从容器外侧壁向容器内发射超声波,通过检测容器侧壁超声波余振信号的强度,判断液体是否到达指定液位。该装置包括超声波发射模块、超声波接收模块、单片机控制模块、液晶显示模块、无线传输模块。实验表明,该装置不仅能够有效地实现非接触液位开关的功能,且可以通过无线传输实现远程监测。     

基于CMUT的超声波信号检测及放大电路设计

超声波信号检测及放大是搭建水下超声系统的基础,当微型电容式超声换能器(CMUT)处于接收状态时,电容值变化量为pF级,这对信号检测与放大电路设计提出了很高的要求。在进行了CMUT工作原理分析、C-V特性测试、电荷放大原理理论分析、仿真及实验后,所设计的电路灵敏度可达到2.5 V/pF,该电路性能优良,可集成度高,可推动CMUT的广泛应用。     

基于电容式微机械超声换能器的脉冲回波接收电路设计

电容式微机械超声换能器(CMUT)是一种新型超声换能器,具有高带宽、易与前端放大电路集成等优点,CMUT通过输出微弱的变化电流实现超声波回波检测。根据CMUT工作在发射与接收模式的特点,设计了一种具有发射开关保护功能和跨阻放大器的脉冲回波接收电路。波特图测量表明该电路的最大增益为39 dB,-3 dB带宽为24.2 MHz,涵盖了医学与工业超声检测常用的频率范围。分别对5.8 MHz和9.4 MHz的CMUT进行脉冲回波实验测试,测试结果表明：在CMUT发射模式下,该电路能够防止高压发射脉冲损坏后级的跨阻放大器电路;在CMUT接收模式下,该电路能够有效地将微弱电流信号转化为电压信号并进行放大。因此该电路能够用于CMUT的脉冲回波信号处理。     

电容式微机械超声换能器阵列的发射电路设计

针对以电容式微机械超声换能器(CMUT)为探头的超声成像系统,设计了基于FPGA的前端发射电路。由FPGA控制高压脉冲芯片产生8路激励脉冲,并通过高压模拟开关芯片分组激励16阵元换能器;设计收发隔离电路限制高压脉冲进入接收部分。搭建测试平台对电路功能进行验证,测试了每一阵元对应的激励脉冲。测试结果表明,实现了脉冲的发射及阵元选通的目的,实现线性扫查;并且收发隔离电路将高压脉冲限制在2.08 V。该电路具有控制方便,灵活性高的优点,为CMUT阵列成像应用提供硬件支持。     

基于ICL7107器件的量程自切换数字电压表的设计

本设计采用集成芯片ICL7107作为数字电压表的A/D转换及锁存和译码模块,使得电路具有设计简单、集成度及可靠性高的特点。该系统设计了自动切换量程功能,能够实现0~199mV、0~1.99V、0~19.99V、0~199.9V、0~1999V,共5个量程电压值的测量。本系统做成了电路板,进行了测试,得到了良好的测试结果。     

基于超声波传感器的无线液位测量系统

针对诸多行业储液罐液位测量的特点和技术要求,设计了一种基于超声波传感器的无线液位测量系统.系统由液位检测模块、无线数传模块和上位机工作站组成.传感器将接收到的信号经数据处理后由无线数传模块送上位机工作站,工作站是由VC设计的一个数据处理平台,具有多路液位显示、超限报警、数据存储和打印等功能.     

电容式Lamb波器件的信号接收方法

提出了激励和接收均使用电容式叉指换能器(Capacitive Interdigital Transducers,CIDT)的集成化的电容式Lamb波器件。利用电容式叉指换能器直接激励和接收Lamb波非对称模式的方式,解决了机电耦合效率的问题。在分析各种电容检测电路的基础上,针对Lamb波电容式检测的特殊性,选择了直流电路法来进行接收电容变化规律的测量。为说明直流电路法的适用性,设计了波动检测验证实验。实验结果表明:用直流电路法测量得到的声波信号与其理论计算值之间误差仅为2.4%,证明了直流电路法的适用性,解决了目前Lamb波器件的功能材料层的制作工艺均与传统集成电路工艺不兼容的问题。     

电容式电子清纱器系统的设计

针对目前电子清纱器主要以模拟电路为主,受元器件老化的影响较大,同时检测效率过低等问题,提出了将数字化电路应用到电子清纱器中的设计方法,以电容为传感元件,实现了一种电容式电子清纱器系统的设计。电容式电子清纱器系统以ARM STM32芯片为CPU,通过系统检测模块对纱线的质量进行了检测,将检测的数据传送给中段板,中段板将储存的数据向上传递给上位机,检测模块同时具有报警显示功能。检测模块通过RS-485总线与中段板进行实时通讯,以实现各指令的交换,并接收从上位机发送的配置信息。上位机可通过界面将实时数据进行直观的展现。通过对纱线的检测实验表明,该系统具有高精度、低功耗、实时性的特点,可广泛应用于纱线纺织工业,对纱线质量检测有着较高的水准。     

基于AD9850超声换能器的驱动和接收电路设计

为了提高超声检测在海底声学测量中的测量精度,利用DDS芯片AD9850作为高精度信号源,并设计了超生换能器的驱动和接收电路。采用分频移相、光电隔离、功率放大的和阻抗匹配的方法对换能器进行驱动;用电荷放大器和带通滤波器对接收信号进行处理。实验结果表明,电路性能良好,满足测量要求。     

PLC控制自动送料平台的设计

针对车间采用人工搬运铜板时,存在的劳动强度大、重复率较高、工人易受伤等缺点,提出了一种基于PLC控制自动送料平台设备。设计了自动送料平台机械结构的总体方案;使用以三菱Q系列PLC为控制核心,设计了系统的总控制模块,包括气动控制模块和电路控制模块,采用气动控制模块实现铜板自动夹紧和翻转的功能,采用电路控制模块实现自动送料平台设备运送、返回及其他信号的接收和处理功能。采用GX Works 2软件实现自动送料平台设备手动、回原点、自动、自行检测、报警等控制功能。实验结果表明此系统不仅具有稳定性好、方便快捷等特点,且可有效提车间铜板的调度管理能力。该系统能改善自动送料平台设备重复率高、劳动强度大和工作人员易受伤的状况,提高了铜板的运输效率。     

时差法在超声波气体流量计中的应用研究

为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件.以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,并用集成红外遥控接收芯片CX20106A和单稳态触发器4013构成了信号调理电路,实现了对固定波形的稳定检测.利用高精度的时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时芯片,实现了极低风速的测量.实验测试表明:设计的硬件电路具有良好的性能,测量风速分辨力可以达到0.1 m/s,提高了气体流量的测量精度.     

基于FPGA与USB2.0的多功能读数盒

介绍了基于FPGA和USB2.0的读数盒的工作原理和功能.针对目前读数盒的功能不够完善、对Flash的坏块检测操作过于机械化等现象,设计一种能简单、快速检测Flash坏块的方法.文中介绍了该方法的设计流程,在Xilinx ISE7.1软件环境中用VHDL 语言编写FPGA程序,用VB编写上位机软件,结合上位机软件设计了一套读数盒实现对采集电路的测试、数据传输、Flash擦除、Flash坏块检测等操作.该读数盒已成功用于实验室现有的各种采集系统,并实现了读数盒的所有功能.实验证明该读数盒通用性好,具有较好的实用价值.     

CMUT电流信号的转化放大与滤波电路设计

针对电容式微机械超声换能器(CMUT)高灵敏度、宽频带的特点以及微弱电流检测的需求,设计了一种高增益、宽频带的三级放大电路,实现对CMUT器件的微弱电流信号的检测、放大以及滤波功能。通过搭建测试系统平台,实现CMUT对水下超声信号的接收,对电流信号接收放大与滤波,同时对电路性能进行测试验证。实验结果表明,电路可以对CMUT器件产生的微弱电流信号进行转换放大和滤波,增益可以达到130 dB以上,同时前两级电路结构的带宽也可以达到10 MHz,涵盖了CMUT的工作频带。测试结果表明,第一级与第二级电路结构具有良好的线性度与稳定性,第三级电路结构的测试结果与仿真结果具有一致性,该电路可以对CMUT发出的微弱电流信号进行转化、放大和滤波。     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

基于ZJ传感器扭矩转速测试系统的研究

论文设计研制了一种以MAX992为信号过零检测模块,MSP430F149为主控芯片,采用RS-485和modbus协议进行数据采集,并且上位机用Lab VIEW编程实现了对数据的读取、处理和显示功能的扭矩转速测试系统。系统设计紧凑,体积尺寸小,方便连接和安装。该系统主要由数据采集模块和上位机数据接收显示模块两部分组成。论文重点介绍对采集模块中各个部分进行芯片选型并且设计硬件电路。同时对采集模块中主控芯片和上位机软件部分进行介绍。在实验平台上对整个系统进行实验,验证系统工作正常,达到设计要求和目的。     

用于电磁超声检测系统的宽带匹配电路的设计

电磁超声换能器是一种新型超声波发射接收装置,与传统的压电式换能器相比具有无需声耦合剂、无需对待测物预处理等显著优点。但是该装置换能效率很低,必须通过改善电磁超声电路系统的性能来增加接收信号的强度。为了提高电路系统的能量转换效率,设计了基于传输线理论的电磁超声宽带匹配电路。实验表明:所设计的匹配电路能够使发射电路输出功率增加60%,有效提高了检测系统的整体效率,为电磁超声技术的工程应用奠定了基础。     

手持式油位计

手持式油位计以超声波换能器作为传感器件，实现了油位的非接触测量；以单片机为主控器件，用光电耦合器将超声波发射电路与系统隔离，提高了系统的稳定性；接收部分采用集成锁相环LM567检测接收到的信号，降低了成本；使用单总线数字温度传感器DSl8820对声速进行补偿，对产生读出DSl8820数据错误的原因进行了分析并解决了这一问题；电源电路采用高效率芯片1CL7663，实现了单节干电池供电；显示采用液晶显示模块，减少了能耗；整个系统达到了设计的要求。     

变压器上线圈打磨设备设计和控制

针对变压器生产过程中,线圈在浇注完成后需要打磨时,受到空间的限制存在的工作效率低、打磨噪声大、粉尘飞溅多、变压器易受损等缺点,提出了一种新型基于PLC控制自动打磨线圈的方案。设计了线圈打磨设备机械结构的整体方案;采用西门子S7-1200系列PLC为控制核心设计了系统的总体控制模块,包括气动控制模块和电路控制模块;利用气动控制模块实现对变压器的夹紧功能,利用电路控制模块实现外部输入信号的接收和处理功能;采用伺服电机实现打磨装置的上下移动、左行和右行的功能;根据顺序动作的控制思想,设计了打磨设备的控制流程;采用Tia Portal V13软件实现打磨设备手动、回原点、单循环、自动、自行检测、报警等控制功能。应用结果表明打磨设备具有稳定性好、实用方便等特点,且可提高工厂变压器的调度管理能力。该系统能有效改善人工打磨线圈设备存在的工作效率低、打磨噪声大、粉尘飞溅、变压器易受损的状况,提高了变压器线圈的打磨效率。