本發(fā)明屬于超聲波技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種信號(hào)檢測(cè)電路，具體涉及一種應(yīng)用于中藥提取的多頻段帶溫度補(bǔ)償?shù)某暡晱?qiáng)檢測(cè)電路。

背景技術(shù)：

超聲提取是利用超聲波具有的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)及熱效應(yīng)，通過(guò)增大介子分子的運(yùn)動(dòng)速度和介子的穿透力以提取物質(zhì)中有效成分的技術(shù)，已在中藥提取中被越來(lái)越多的使用。聲強(qiáng)(聲功率)作為一個(gè)衡量超聲波發(fā)生設(shè)備工作效果的最主要指標(biāo)，具有十分重要的測(cè)量意義，由于中藥提取過(guò)程中有時(shí)需要使用多種頻段的超聲波，因此要求測(cè)量電路能夠測(cè)量多種頻段超聲波的聲強(qiáng)，加上中藥提取環(huán)境的高溫對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量聲強(qiáng)壓電陶瓷測(cè)量傳感器產(chǎn)生了比較大的影響，這就使得傳統(tǒng)測(cè)量超聲波聲強(qiáng)的方法難以滿(mǎn)足中藥提取高溫環(huán)境中多頻段超聲波的聲強(qiáng)檢測(cè)了。

傳統(tǒng)測(cè)量超聲波聲強(qiáng)的電路往往僅能一次測(cè)量單種頻段超聲波的聲強(qiáng)或則混合頻段超聲波的平均聲強(qiáng)，且對(duì)高溫環(huán)境沒(méi)有特殊的處理，而壓電陶瓷是一種負(fù)溫度系數(shù)的傳感器，也即是隨著溫度的升高，對(duì)于相同聲強(qiáng)的測(cè)量結(jié)果呈現(xiàn)線(xiàn)性偏小，從而造成測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，這兩個(gè)就是本發(fā)明主要解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用于中藥提取裝置的超聲波聲強(qiáng)檢測(cè)電路，提供一種帶溫度補(bǔ)償?shù)亩囝l段信號(hào)檢測(cè)電路。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

應(yīng)用于中藥提取的多頻段帶溫度補(bǔ)償?shù)某暡晱?qiáng)檢測(cè)電路，包括選頻及放大模塊、多頻信號(hào)檢測(cè)控制模塊、全波整流及濾波模塊和溫度補(bǔ)償模塊。

所述的選頻及放大模塊包括信號(hào)輸入端Vin、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5、第六電感L6、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容Co1、第八電容Co2、第九電容Co3、第十電容Co4、第十一電容Co5、第十二電容Co6、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、模擬開(kāi)關(guān)U1和第一運(yùn)算放大器U2A；模擬開(kāi)關(guān)U1的型號(hào)為CD4051、第一運(yùn)算放大器U2A的型號(hào)為L(zhǎng)F353；

信號(hào)輸入端Vin與第一二極管D1的陽(yáng)極、第二二極管D2的陰極、第一電感L1的一端、第七電容Co1的一端、第四電感L4的一端和第十電容Co4的一端連接；第一二極管D1的陰極接+5V電源；第二二極管D2的陽(yáng)極接-5V電源；第一電容C1的一端與第一電感L1的另一端連接；第一電容C1的另一端與第一電阻R1的一端連接；第三電感L3的一端與第二電感L2的一端、第八電容Co2的一端、第九電容Co3的一端、第一電阻R1的另一端和第七電容Co1的另一端連接；第二電容C2的一端與第二電感L2的另一端連接；第二電容C2的另一端與第二電阻R2的一端連接；第二電阻R2的另一端與第八電容Co2的另一端連接并接GND；第三電容C3的一端與第三電感L3的另一端連接；第三電容C3的另一端與第三電阻R3的一端連接；第三電阻R3的另一端與第九電容Co3的另一端、模擬開(kāi)關(guān)U1的第13號(hào)引腳連接；第四電容C4的一端與第四電感L4的另一端連接；第四電容C4的另一端與第四電阻R4的一端連接；第六電感L6的一端與第五電感L5的一端、第十一電容Co5的一端、第十二電容Co6的一端、第四電阻R4的另一端和第十電容Co4的另一端連接；第五電容C5的一端與第五電感L5的另一端連接；第五電容C5的另一端與第五電阻R5的一端連接；第五電阻R5的另一端與第十一電容Co5的另一端連接并接GND；第六電容C6的一端與第六電感L6的另一端連接；第六電容C6的另一端與第六電阻R6的一端連接；第六電阻R6的另一端與第十二電容Co6的另一端、模擬開(kāi)關(guān)U1的第14號(hào)引腳連接；模擬開(kāi)關(guān)U1的第1、2、4、5、12、15號(hào)引腳與GND連接；模擬開(kāi)關(guān)U1的第6號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)INH連接作為控制端INH；模擬開(kāi)關(guān)U1的第7號(hào)引腳接-5V電源；模擬開(kāi)關(guān)U1的第8號(hào)引腳與GND連接；模擬開(kāi)關(guān)U1的第9號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)C連接作為控制端C；模擬開(kāi)關(guān)U1的第10號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)B連接作為控制端B；U1的第11號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A連接作為控制端A；模擬開(kāi)關(guān)U1的第16號(hào)引腳接+5V電源；模擬開(kāi)關(guān)U1的第3號(hào)引腳與第一運(yùn)算放大器U2A的第3號(hào)引腳連接；第八電阻R8的一端與第一運(yùn)算放大器U2A的第2號(hào)引腳和第七電阻R7的一端連接；第七電阻R7的另一端與GND連接；第一運(yùn)算放大器U2A的第8號(hào)引腳接+5V電源；第一運(yùn)算放大器U2A的第4號(hào)引腳接-5V電源；第一運(yùn)算放大器U2A的第1號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Vout1和第八電阻R8的另一端連接。

所述的多頻信號(hào)檢測(cè)控制模塊包括一個(gè)ARM內(nèi)核控制器(STM32F103C6T6)U3、第十三電容C12、第十四電容C13、第十五電容C14、第十六電容C15、第十七電容C16、第十四電阻R14、第十五電阻R15、晶振Y。

晶振Y的一端與第十三電容C12的一端和控制器U3的第5號(hào)引腳連接；晶振Y的另一端與第十四電容C13的一端和控制器U3的第6號(hào)引腳連接；第十三電容C12的另一端與第十四電容C13的另一端和GND連接；第十四電阻R14的一端與控制器U3的第44號(hào)引腳連接；第十五電容C14的一端與控制器U3的第7號(hào)引腳連接；第十四電阻R14的另一端與第十五電容C14的另一端和GND連接；第十六電容C15的一端與第十七電容C16的一端、控制器U3的第24、36、48號(hào)引腳和+3.3V連接；第十六電容C15的另一端與第十七電容C16的另一端和GND連接；控制器U3的第8、23、35、47號(hào)引腳與GND連接；第十五電阻R15的一端與U3的第20號(hào)引腳連接；第十五電阻R15的另一端與GND連接；控制器U3的第11號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)INH連接；控制器U3的第12號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)A連接；控制器U3的第13號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)B連接；控制器U3的第14號(hào)引腳與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)C連接；控制器U3的1腳、3腳、4腳、10腳、15腳、16腳、17腳、18腳、19腳、21腳、22腳、23腳、24腳、25腳、26腳、27腳、28腳、29腳、30腳、31腳、32腳、33腳、34腳、37腳、38腳、39腳、40腳、41腳、42腳、43腳、45腳全部懸空不接。

所述的全波整流及濾波模塊包括第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第三二極管D3、第四二極管D4、第十八電容C9、第十九電容C10、第二十電容C11、可調(diào)電感Lw、第二運(yùn)算放大器U4A、第三運(yùn)算放大器U4B。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Vout1與第九電阻R9的一端和第十電阻R10的一端連接；第十一電阻R11的一端與第九電阻R9的另一端、第三二極管D3的陰極和第二運(yùn)算放大器U4A的第2號(hào)引腳連接；第十一電阻R11的另一端與第十二電阻R12的一端和第四二極管D4的陽(yáng)極連接；第三二極管D3的陽(yáng)極與第四二極管D4的陰極和第二運(yùn)算放大器U4A的第1號(hào)引腳連接；第十八電容C9的一端與GND連接；第十八電容C9的另一端與+5V和第二運(yùn)算放大器U4A的第8號(hào)引腳連接；第二運(yùn)算放大器U4A的第4號(hào)引腳與-5V連接；第二運(yùn)算放大器U4A的第3號(hào)引腳與GND連接；第十三電阻R13的一端與第十電阻R10的另一端、第十二電阻R12的另一端和第三運(yùn)算放大器U4B的第6號(hào)引腳連接；第十三電阻R13的另一端與第二十電容C11的一端、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Vout2和第三運(yùn)算放大器U4B的第7號(hào)引腳連接；第十九電容C10的一端與GND連接；第十九電容C10的另一端與+5V和第三運(yùn)算放大器U4B的第8號(hào)引腳連接；第三運(yùn)算放大器U4B的第4號(hào)引腳與-5V連接；第二運(yùn)算放大器U4B的第5號(hào)引腳與GND連接；第二十電容C11的另一端與可變電感Lw的一端連接；可變電感Lw的另一端與GND連接。

所述的溫度補(bǔ)償模塊包括第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、可調(diào)電阻Rw、鉑熱電阻Rt、第四運(yùn)算放大器U5A。

第十六電阻R16的一端與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Vout2連接；第十六電阻R16的另一端與第十七電阻R17的一端和第四運(yùn)算放大器U5A的第3號(hào)引腳連接；可調(diào)電阻Rw的一端與第十八電阻R18的一端連接；可調(diào)電阻Rw的另一端與鉑熱電阻Rt的一端和第四運(yùn)算放大器U5A的第2號(hào)引腳連接；鉑熱電阻Rt的另一端與第四運(yùn)算放大器U5A的第1號(hào)引腳和信號(hào)輸出端Vout連接；第十七電阻R17的另一端與GND連接；第十八電阻R18的另一端與GND連接；第四運(yùn)算放大器U5A的第4號(hào)引腳與GND連接；第四運(yùn)算放大器U5A的第8號(hào)引腳與+5V連接。

本發(fā)明主要包括選頻及放大、多頻信號(hào)檢測(cè)控制、全波整流及濾波和溫度補(bǔ)償四個(gè)模塊。本發(fā)明重要的技術(shù)特點(diǎn)在于：多頻段信號(hào)檢測(cè)的可擴(kuò)展性好，最多支持八路頻段超聲波聲強(qiáng)的同時(shí)測(cè)量，采用模擬開(kāi)關(guān)和控制器的搭配兼容性好、適用性強(qiáng)。溫度補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)巧妙，成本低廉，參數(shù)設(shè)計(jì)靈活。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)加控制器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多頻段超聲波聲強(qiáng)的檢測(cè)，通過(guò)鉑熱電阻的正溫度系數(shù)特性彌補(bǔ)了壓電陶瓷傳感器的溫漂，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為選頻及放大電路；

圖2為多頻信號(hào)檢測(cè)控制電路；

圖3為全波整流及濾波電路；

圖4為溫度補(bǔ)償電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所述的選頻及放大電路，由壓電陶瓷傳感器將負(fù)載振動(dòng)轉(zhuǎn)化為交流信號(hào)，經(jīng)第一二極管D1、第二二極管D2構(gòu)成限幅二極管網(wǎng)絡(luò)，將輸入電壓維持在±5V以?xún)?nèi)。限幅網(wǎng)絡(luò)后接選頻部分，圖中選頻網(wǎng)絡(luò)分兩路，可以測(cè)量?jī)煞N頻段超聲波的聲強(qiáng)。每一路由多個(gè)串并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)組成，以其中一路來(lái)說(shuō)：第一電感L1、第一電容C1、第一電阻R1、第七電容Co1構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)C1、L1的值可以確定一個(gè)中心頻率。第二電感L2、第二電容C2、第二電阻R2、第八電容Co2構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)L2、C2、Co2值可以確定一個(gè)中心頻率。L3、C3、R3、Co3同理構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，由L3、C3的值也可以確定一個(gè)中心頻率。使三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心頻率一致，經(jīng)過(guò)三級(jí)選頻就可以得到效果比較理想的目標(biāo)頻段的電壓波形了。模擬開(kāi)關(guān)CD4051可以選擇測(cè)量哪一路的聲強(qiáng)，它是在控制器U3控制下人為任意選擇的，模擬開(kāi)關(guān)后的運(yùn)算放大器UA2對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大并起到與傳感器端達(dá)到阻抗匹配的作用。

如圖2所示的多頻信號(hào)檢測(cè)控制電路，主要功能是連接選頻及放大模塊中模擬開(kāi)關(guān)(CD4051)的四個(gè)控制端INH、A、B、C，第十三電容C12、第十四電容C13、晶振Y構(gòu)成控制器的晶振電路。第十四電阻R14和第十五電容C14、第十五電阻R15構(gòu)成控制器復(fù)位和啟動(dòng)電路，通過(guò)控制器U3控制模擬開(kāi)關(guān)以選擇相應(yīng)的檢測(cè)頻段，最終可以實(shí)現(xiàn)多頻信號(hào)檢測(cè)功能。

如圖3所示的全波整流及濾波電路，第九電阻R9、第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第三二極管D3、第四二極管D4、第十八電容C9、第十九電容C10、第二運(yùn)算放大器U4A、第三運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成精密全波整流電路，將選頻放大后的交流正弦波信號(hào)變成直流信號(hào)。再通過(guò)第二十電容C11、可調(diào)電感Lw構(gòu)成LC濾波環(huán)節(jié)對(duì)直流成分中可能含有的特定頻率的交流成分再次濾除，可調(diào)電感可以調(diào)節(jié)濾除何種頻率的交流成分。

如圖4所示的溫度補(bǔ)償電路，第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、可調(diào)電阻Rw、鉑熱電阻Rt、第四運(yùn)算放大器U5A構(gòu)成了溫度補(bǔ)償電路，經(jīng)前面所描述的選頻、放大、全波整流及濾波后得到的直流電壓Vout2由于傳感器的原因偏小，且是溫度的負(fù)系數(shù)，而鉑熱電阻是正溫度系數(shù)的且線(xiàn)性度好，正好可以用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)墓饺缦拢?/p>

其中比例系數(shù)

對(duì)Vout進(jìn)行后續(xù)采集和處理即可得到一個(gè)電壓值U，根據(jù)所選頻率F、聲強(qiáng)值W的關(guān)系式可得W＝P*F*U²，其中P是比例系數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定。