超声波发射电路设计
超声波电路知识点总结
超声波电路知识点总结一、超声波电路的基础知识1. 超声波的产生和接收超声波的产生一般通过压电效应和磁致伸缩效应实现。
压电效应是指一些晶体在受到外力影响下会发生形变，并产生电压，而磁致伸缩效应是指在磁场作用下，磁性材料会产生形变。
常见的压电超声波发生器是利用压电陶瓷或晶体的压电效应产生超声波，而压电传感器则是利用压电效应接收超声波信号。
2. 超声波的特性超声波具有高频率、短波长、能穿透一些材料等特点，因此在一些特定应用中有着很好的效果。
超声波的频率通常在20kHz以上，最常用的频率为40kHz或者60kHz。
由于其短波长，超声波可以穿透液体、固体等材料，因此在医疗、测距、清洗等领域有广泛应用。
3. 超声波电路的基本组成超声波电路一般由发射电路、接收电路和信号处理电路组成。
发射电路用于产生超声波信号，接收电路用于接收超声波信号，信号处理电路用于对接收到的信号进行处理和分析。
这三部分电路都是超声波系统中非常重要的组成部分。
二、超声波电路的设计和应用1. 超声波发射电路的设计超声波发射电路的设计需要考虑到信号的稳定性、频率的准确性和功率的控制等问题。
一般来说，压电陶瓷或压电晶体都需要接入到谐振电路中，通过谐振电路的共振效应来产生稳定的超声波信号。
此外，为了提高超声波的频率准确性和稳定性，通常还需要在发射电路中加入一些频率稳定的元器件，比如晶振或者数字控制的频率合成电路。
2. 超声波接收电路的设计超声波接收电路的设计同样需要考虑到信号的稳定性、灵敏度和抗干扰能力等问题。
一般来说，超声波接收电路需要接入到一个带通滤波器中，以滤除掉非超声波频率的干扰信号。
此外，为了提高接收电路的灵敏度和动态范围，通常还需要在接收电路中加入一些低噪声放大器和自动增益控制电路。
3. 超声波信号处理电路的设计超声波信号处理电路的设计一般需要考虑到对接收到的信号进行放大、滤波、定时、脉冲压缩、解调等处理。
这些处理工作都需要通过一些专门的模拟电路或者数字电路来实现。
基于MAX038的超声波发射电路设计
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［ ］秦 曾煌 ． 工 学 ［ ］． 京 ：高 等教 育 出版 社 ，２ ０ ． ３ 电 Ｍ 北 ０４ ［ ］ 郑 晖 ， 林 树 青 ． 声 检 测 ［ ］． 京 ： 中 国 劳 动 社 会 保 障 出 ４ 超 Ｍ 北
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超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计
超声波多普勒测流速流量设计核心超声波传感器收发装置1.1超声波传感器超声波的发射与接收都是通过换能器实现的，换能器的材质、工作频率、晶片直径极大的影响了发射的效率及回波接收的质量，因此选择合适的换能器对于整个系统能否按预期目标工作来说是至关重要的。
1）换能器材质的确定压电换能器，使用的材料有压电单晶体、压电陶瓷、压电半导体、压电高分子聚合物和复合压电材料。
压电换能器以介电损耗小、机电耦合系数比较大和足够高的机械强度优于石英晶体、镍和一些合金材料，已日趋广泛地用于超声波换能器。
课题选用其中的压电陶瓷超声换能器，有压电性能好，生产和机械加工方便等优点，在各种超声检测中都有广泛的应用。
2）超声波换能器工作频率的选择工作频率的选择需考虑以下因素：●工作频率高，分辨力高，有利于增大信噪比及提取所需信号；●工作频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，声能集中，有利于接收回波；●工作频率增加，声能急剧衰减。
工作频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对测量有利；但工作频率高时，能力衰减大，又对检测不利。
因此，应综合考虑，选择适中的频率。
本课题选择的超声换能器工作频率为1MHz。
3）超声波换能器晶片直径的确定超声波换能器直径D一般为毫米，晶片大小对超声检测具有一定的影响。
晶片直径的选择需考虑以下因素：●晶片直径D增加，半扩散角减小，声束指向性变好，声能集中，对检测有利；●晶片直径D增加，辐射的声能大，换能器扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小；如上所述，换能器晶片直径对声束指向性、远距离扫查范围都有较大的影响。
经过考虑，本课题选择晶片直径D为。
综合考虑，本课题最终确定选用压电陶瓷换能器，其工作频率为1MHz，晶片直径为。
2多普勒法测量原理多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。
超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。
超声波自激电路_解释说明以及概述
超声波自激电路解释说明以及概述1. 引言1.1 概述超声波自激电路是一种基于超声波技术的电路设计，能够通过超声波的发射和接收实现自身的激励和反馈。
随着科技的不断发展，超声波在医疗、工业和军事等领域得到了广泛应用。
对于超声波自激电路的深入研究和理解，可以帮助我们更好地掌握其工作原理、优化参数选择以及提升稳定性和可靠性。
1.2 文章结构本文共分为五个部分来介绍超声波自激电路。
在引言部分，我们将对本文进行概述，并介绍文章的结构安排。
紧接着，在第二部分中，我们将详细解释超声波技术的基本原理并探讨自激电路原理及其应用领域。
第三部分将聚焦于超声波自激电路的组成和工作原理，包括发射器部分和接收器部分。
在第四部分中，我们将重点讨论设计与实现超声波自激电路时需要考虑的关键要点，如参数选择与优化、低噪声设计技巧以及稳定性和可靠性的考虑方法。
最后，在第五部分中，我们将对本文进行总结，并展望和提出对超声波自激电路研究的建议。
1.3 目的本文的目的是深入解释和说明超声波自激电路的工作原理，为读者提供一个全面了解该技术的机会。
通过详细阐述超声波自激电路的组成和工作原理，并探讨设计与实现时需要注意的要点，我们希望读者能够更好地理解超声波自激电路，并在相关领域中应用此技术时能够做出准确有效的决策和优化。
同时，通过展望未来并提出建议，我们也鼓励读者在超声波自激电路研究方面进行进一步深入探索和创新。
2. 超声波自激电路解释说明2.1 超声波技术概述超声波是一种高频声波，其频率通常大于20kHz。
由于超声波具有短波长、高能量传输和穿透力强等特点，因此在各种领域得到广泛应用。
超声波技术包括超声检测、成像、测距、清洗等多种应用。
2.2 自激电路原理超声波自激电路是指通过一定的声音反馈机制，使电路产生并放大超声信号的一种电路设计。
其基本原理是通过将发射器产生的超声信号经过介质传播后，被接收器拾取到并再次放大输出。
这种自激反馈机制使得电路能够持续产生目标频率的超声信号。
基于multisim的超声波发射电路设计及仿真
基于multisim的超声波发射电路设计及仿真基于multisim的超声波发射电路设计及仿真【摘要】本⽂设计了⼀种低压供电的超声波发射电路，利⽤电感的特性，在开关管导通和关断过程中产⽣较⾼的感应电压，此感应电压⽤于激励超声波换能器，并使⽤multisim仿真软件进⾏仿真验证，并得出了正确的仿真结果。
【关键词】低压供电；超声波；发射电路；multisim0 引⾔随着科技的进步，以超声为载体的⽆损检测技术已经成功应⽤到各⾏各业。
超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较⼩，反射能⼒较强等特点，不受光线、被测物颜⾊等的影响，在恶劣环境下具有⼀定的适应能⼒。
本⽂着重介绍⼀种低压驱动的超声波发射电路，并利⽤multisim软件对电路进⾏仿真验证。
1发射电路原理图设计及仿真结果1.1电路设计图1 发射电路原理如上图，电路上电时，在MOS管Q1没有驱动信号的情况时，Q关断，R1阻值⾮常⼤，相当于开路。
当Q1的驱动信号为⾼电平时，12V 电压经过L1和R3以及Q1放电，同时对L1进⾏充电直⾄充电完成，当Q1驱动信号变为低电平时，由于电感的电流不能突变的特性，将在L1中产⽣较⾼的感应电动势。
此感应电动势通过匹配电阻R1和R2后被加在压电换能器上，驱动换能器发出超声波。
驱动信号的占空⽐要根据L1的电感值进⾏修正。
其中，输出电压的计算如下：⾸先，由V1、L1、R3组成的回路可有以下关系式，其中，i 为该回路的回路电流：i dt di 311R L V +=⼜如图可知，电路输出电压可近似等价于R3两端的电压，则有：i 3o R U =由此可推出：dtdi -11o L V U = 根据以上⽅程，再选择合适的电路参数，即可获得所需的输出电压。
1.2电路仿真结果电路仿真结果如下图：图2 超声波发射电路仿真结果图2：通道A为超声波发射电路的输出电压，电压波形接近脉冲信号，电压的峰峰值如Vp-p1约为200V左右，⾜以驱动⼤部分的压电换能器。
超声波电路设计指导
超声波电路设计指导1．超声波发射电路τ图1 发射电路T IRFP840 耐压500V以上，额定功率10W以上的场效应管U1 IR4426注1电源电压用12V。
U1极忌长时间导通。
在U1与T之间可以插入限流电阻保护U1，电阻不宜大，否则输出脉冲边沿会变得过缓；在正常工作状态，U1只在极短时内导通，即使无限流电阻也不致损坏。
R1 50K~1MΩ电阻取值与两次发射的最小间隔时间有关，间隔越长则回路充放电时间可越长，R1可以越大。
建议取1MΩ，以便减小250V电源的输出电流。
C1 1000pF/1000V 高压瓷片电容RL 510Ω注1：若使用IR4427，应当注意其输入输出波形不反相，所以在本电路中输入使用正脉冲信号。
简要工作原理如下。
当T截止时，250V电压源通过R1和RL向C1充电。
一般认为，持续充电时间大于5倍的回路充放电常数，则C1两端电压能基本达到250V，为驱动超声波发射做好准备。
当T瞬时导通，T、C1和RL构成放电回路。
超声波传感器的阻抗约为50Ω，故C1中的电荷被快速释放，在超声波传感器上形成一个负向冲击脉冲，脉冲宽度约为0.5~1.5us。
图2 超声波传感器上信号波形示意2．超声波接收电路限幅限幅放大检波后级放大比较或1N60图3 接收电路图3中：（1）R1、R2取值一般为100~300Ω，与后级放大器输入阻抗大小有关。
（2）Ci不宜太大，否则超声波发射后电路会有一段时间无法正常接收回波信号，故一般可小于0.1uF；也不宜太小，否则信号损耗会比较大。
（3）通路上放大器的总增益应大于50dB，大于60dB则更佳。
（4）检波电路时间常数的选取要得当，太大则造成包络展宽，太小则单个回波脉冲会被检测成多个脉冲。
可根据超声波工作频率确定，并通过观测检波输出波形加以矫正。
（5）后级放大电路中运放无需再使用AD818，推荐使用NE5532。
3．脉冲间隔测量电路请参考并分析ultrasonic.ddb中图纸。
超声波发射电路及接收电路图经典
超声波发射电路及接收电路图
超声波发射电路
发射电路如图3a所示;发射电路将接收到的方波脉冲信号送入乙类推挽放大电路,用其输出信号驱动CMOS管,接着将其脉冲信号加到高频脉冲变压器进行功率放大,使幅值增加到100多伏,最后将放大的脉冲方波信号加到超声波换能器上产生频率为125 kHz的超声波并将其发射出去;
超声波接收电路
接收电路由OP37构成的两级运放电路,TL082构成的二阶带通滤波电路以及LM393构成的比较电路三部分组成;因本系统频率较高,回波信号非常弱,为毫伏级,因此设计成两级放大电路,第一级放大100倍,第二级放大50倍,共放大5 000倍左右;
另外考虑到本系统要适应各种复杂的工作环境,因此设计了由TL082构成的高精度带通滤波电路,以供回波信号放大后进行进一步滤波,将滤波后的信号输入到LM393构成的比较器反相输入端,与基准电压相比较,并且对其比较输出电压进行限幅,将其电压接至D触发器,比较器将经过放大后的交流信号整形出方波信号,将其接至FPGA,启动接收模块计数,达到脉冲串设定值时,关闭计时计数器停止计数;
本文来自: DZ3W 原文网址：http://.dz3w/sch/test/0086260.html
本文来自: DZ3W 原文网址：http://.dz3w/sch/test/0086260.html。
(完整word版)超声波发射和接收电路
超声波发射和接收电路在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差,且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。
4.2.1超声波发射电路接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外,发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度.超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。
从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路.这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）.由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电,一般要达到几十到一百伏以上,这在电池供电的系统中无法实现;此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。
而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器,使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。
谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射,适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高.在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。
单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器)阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。
图17超声波发射电路4.3。
2 超声波接收电路发射换能器发出超声波信号后，信号经过流体传播到接收换能器，中间有杂 质和气泡等影响，强度不断减小,并且强度也不稳定。
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中北大学课程设计说明书学生姓名：杨胜华学号：**********学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术题目：超声波发射电路设计指导教师：程耀瑜职称: 教授李文强职称：讲师2011 年 1 月 7 日中北大学课程设计任务书2010/2011学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息科学与技术学生姓名：杨胜华学号：0805014137 课程设计题目：超声波发射电路设计起迄日期：12月26日～1月7日课程设计地点：中北大学指导教师：程耀瑜，李文强系主任：程耀瑜下达任务书日期: 2010 年 12 月 26 日目录一．绪论----------------------------------------------------------------1页1.1课程设计的目的及意义-------------------------------------1页1.2 超声波发射电路的设计思路------------------------------3页1.3 课程设计的任务及要求------------------------------------ 3页二．课程的方案设计与选取---------------------------------------- 4页2.1 课程的方案设计--------------------------------------------- 4页2.2 课程的方案选取--------------------------------------------- 6页三．系统的硬件结构------------------------------------------------- 6页3.1 触发脉冲产生电路------------------------------------------ 7页3.2发射脉冲产生电路------------------------------------------- 8页3.3 换能器部分--------------------------------------------------- 9页四．Protel 99 SE 简介及原理图绘制4.1Protel 99 SE 相关介绍及原理图绘制--------------------11页五．总结----------------------------------------------------------------12页六．参考文献----------------------------------------------------------14页附录一：超声波发射电路仿真-------------------------------------15页附录二：超声波发射电路原理图----------------------------------17页绪论1.1课程设计的目的及意义1.1.1目的科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。
我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000Hz。
当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时，我们便听不见了。
因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫兹。
理论研究表明,在振幅相同的条件下,一个物体振动的能量与振动频率成正比,超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大.在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气湿度.这就是超声波加湿器的原理.如咽喉炎、气管炎等疾病,很难利用血流使药物到达患病的部位.利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够提高疗效.利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎，从而减缓病痛，达到治愈的目的。
超声波在医学方面应用非常广泛，像现在的彩超、B超、碎石（例如胆结石、肾结石、祛眼袋之类的）等。
1.1.2意义超声效应已广泛用于实际，主要有如下几方面：①超声检验超声波的波长比一般声波要短，具有较好的方向性，而且能透过不透明物质，这一特性已被广泛用于超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。
超声成像是利用超声波呈现不透明物内部形象的技术。
把从换能器发出的超声波经声透镜聚焦在不透明试样上，从试样透出的超声波携带了被照部位的信息（如对声波的反射、吸收和散射的能力），经声透镜汇聚在压电接收器上，所得电信号输入放大器，利用扫描系统可把不透明试样的形象显示在荧光屏上。
上述装置称为超声显微镜。
超声成像技术已在医疗检查方面获得普遍应用，在微电子器件制造业中用来对大规模集成电路进行检查，在材料科学中用来显示合金中不同组分的区域和晶粒间界等。
②超声处理利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。
③基础研究超声波作用于介质后，在介质中产生声弛豫过程，声弛豫过程伴随着能量在分子各自电度间的输运过程，并在宏观上表现出对声波的吸收（见声波）。
通过物质对超声的吸收规律可探索物质的特性和结构，这方面的研究构成了分子声学这一声学分支。
普通声波的波长远大于固体中的原子间距，在此条件下固体可当作连续介质。
1.2 超声波发射电路的设计思路超声换能器及其发射电路是超声测距系统中的关键组成部分, 它决定了一个系统所能达到的最终指标，超声换能器一旦选定, 其性能参数如机械共振频率、声波辐射等效电阻等也已确定发射电路没汁的好坏将直接影响超声波的发射效率。
超声检测中常用的发射电路可以分为三类,即单脉冲发射电路, 方波调制的脉冲波发射电路和连续波发射电路，这三类电路各有其特点,可根据应用场合选用。
我们采用555定时器配以少量的电阻、电容等元件设计了一种超声波发射电路，它可以三类电路的方式工作。
本电路具有通用性、实用性、电路结构简单、成本低等优点。
1.3课程设计的任务及要求（1）了解超声波的特点；（2）掌握超声波发射电路的设计、仿真与调试；（3）掌握方案设计与论证；（4）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结；二、课程设计方案设计与选取2.1 设计超声波发射电路之一，由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。
F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。
电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。
电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。
电源用9V叠层电池。
测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。
发射超声波信号大于8m。
超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。
T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。
T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。
S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。
电路工作电压9V，工作电流约25mA。
发射超声波信号大于8m。
电路不需调试即可工作。
超声波发射电路之三，发射电路原理框图如图所示，由触发脉冲产生的电路产生触发脉冲控制TR1开关管的通断，当TR1导通时，发射脉冲产生电路工作，产生的发生脉冲加到换能器上使其发射超声波；当TR1截止时，换能器停止发射。
2.2 选取鉴于第三电路易于调节, 通过改变几个电阻和电容的值即可使发射电路工作于不同的状态本电路易于和不同的换能器进行匹配, 可适用于不同的应用场合。
且具有成本低、可靠性高等优点, 是一种非常实用且通用的电路。
而且前两个电路状态过于理想，在电路的选取上使用第三电路。
三、系统的硬件结构3.1 触发脉冲产生电路触发脉冲产生电路由两片定时器来实现。
第一片555构成一占空比可调的多谐振荡器，用以产生主脉冲。
第二片555构成一方波发生器，主空脉冲的周期决定了超声波重复发射的周期。
主控脉冲接于第二片555的4端（内部复位端），这使得在主控脉冲的高电平时，方波发生器工作，产生方波脉冲：而主控脉冲为低电平时，方波发生器复位，其波形如图3所示。
主控脉冲的频率为：f1=1.43/（R A+R B）C1 ,其高电平的宽度为：t PH =0.7R1C1。
通过调节R2可以方便地改变t PH ，从而改变触发脉冲的个数，进而控制发射脉冲的个数。
R和R的阻值相等，故第二级555构成一方波发生器，其频率为f2=1.43/（R A+R B）（C+C），为使发射效率高，可适当地选取R5R6C2的值，使f2 值与发射换能器的共振频率相等，因对同一型号的不同换能器来说，其共振频率略有差异，故电路中设置了一个可变电容器C P ，用以微调方波频率，以获得最高的发射频率。
当t PH <T时，Q2 输出单一脉冲，此时电路为脉冲发射形式，当T<t PH<nT 时，Q2 输出n个脉冲，此时电路相当于方波调制的脉冲发射形式；若将A点断开且将其异接于电源端，则Q2 输出一连续的方波信号，电路为连续波发射形式。
3.2发射脉冲产生电路超声换能器发射脉冲的形成原则上可以有两种方案，一种为电容储能方案，一种为电感储能方案。
本文采用一种电容储能和电感储能相结合的方式，它由开关管TR1、储能电容C3,储能电感L等组成。
触发到来之前，TR1截止，发射电压通过R8 向电容C3 充电；当触发脉冲到来时，TR1导通，C3 通过TR1向换能器放电。
由于TR1的导通电阻小C3 上充得的电压几乎全部加到换能器T上，使之获得能量而产生超声辐射。
由于一般换能器处存在一个几千PF的分布电容C0，使得C3 放电期间，C0也被充电，当触发脉冲后沿到来时，TR1截止，C0上被充得的电荷不会立即消失，而是经T缓慢放电，因此使得换能器发射脉冲的后沿延长（如图5所示）。
为改善发射脉冲的后沿和提高发射脉冲的幅值，在T的两端并联了一电感L。
在C3 放电期间，电感中也有电流流过相当于电感储能；当TR1截止时，电感L中仍维持I0 的存在，故钻L两端将产生一个上下负的反电势，这加速了C0的放电速度，使发射脉冲的后沿变陡了，且发射脉冲的峰峰值增大了近一倍，有效地提高了发射效率。
二极管D5D6的作用是在发射开关管TR1与接收放大器之间形成一个隔离级。
3.3 换能器部分将非电能量转换成电能量，不需要外电源，称换能器，也称有源传感器。