CN108593959A - 一种基于adcp***的发射检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于ADCP***的发射自检电路。该电路包括:发射电压单元、电压采样单元、数字电路板、发射驱动单元和换能器,所述发射电压单元包括正发射电压单元和负发射电压单元,所述正发射电压单元与所述电压采样单元相连,所述负发射电压单元与电压采样单元相连,所述电压采样单元与所述发射驱动单元相连,所述数字电路板与所述电压采样单元相连,所述发射驱动单元与所述换能器相连,用于根据提供的电压源驱动所述换能器。本发明通过采集发射电压的参数可进一步得出发射通道的电流值,根据电压值和电流值可判断具体为哪个模块出现故障,实现发射电路的检测,具有实现简单,便于操作和硬件设计复杂度小等优点。

Description

一种基于ADCP***的发射检测电路
技术领域
本发明涉及水体流速测量领域,尤其涉及一种基于ADCP***的发射检测电路。
背景技术
ADCP即声学多普勒流速剖面仪是基于声学多普勒原理研制的一种测量水体流速的设备。主要是通过换能器对待测水域发射声波,声波在待测水域中产生反射。我们通过测量反射回来的声波信号来计算水体流速。在换能器对待测水域发射声波时,换能器会被发射电路驱动,从而发射出声波。所以,对发射电路自检就显得尤为重要,一方面我们在使用ADCP产品前,可以先对我们的发射电路***进行自检,这样我们就可以提前知道此台设备能否正常工作,避免不必要的测量工作。另一方面如果设备工作不正常我们又能很快定位到问题的所在,给维修设备带来便捷。同时目前ADCP主流产品的发射通道一般有三个单元组成:发射电压生成单元,发射驱动单元及换能器组单元,而每个单元又有很多器件构成。这样即便定位到发射电路的问题,也很难定位到是哪个模块出了问题。而目前市场上的ADCP产品,有些没有发射自检电路,有些有了,也只能做些简单的识别是否是发射电路出了问题。不能更进一步定位发射***问题的所在。这样难免会给后期产品的维修维护带来不必要的麻烦。
有鉴于此,亟待研发出一种能够解决上述问题的一种基于ADCP***的发射检测电路。
发明内容
本发明的目的旨在解决上述问题,从而提供一种基于ADCP***的发射检测电路。
为实现上述目的,本发明还提供了一种基于ADCP***的发射检测电路。该电路包括:发射电压单元、电压采样单元、数字电路板、发射驱动单元和换能器,
所述发射电压单元包括正发射电压单元和负发射电压单元,所述正发射电压单元与所述电压采样单元相连,用以提供正发射电压源;所述负发射电压单元与电压采样单元相连,用以提供负发射电压源;
所述电压采样单元与所述发射驱动单元相连,用以分别采集正发射电压单元输出端的正电压信号和负发射电压单元输出端的电压信号;
所述数字电路板与所述电压采样单元相连,用以控制电压采样单元进行采样并实现采样电压信号的处理;
所述发射驱动单元与所述换能器相连,用于根据提供的电压源驱动所述换能器;
所述换能器,用于通过驱动单元进行驱动,实现信号的发射。
优选地,所述第一采样电阻网络单元包括第一采样电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第一零欧姆电阻和第二零欧姆电阻,所述第一采样电阻一端与正发射电压单元输出端和第一分压电阻一端相连,第一分压电阻另一端与第二分压电阻一端和第一零欧姆电阻一端相连,第二分压电阻另一端接地;所述第一采样电阻另一端与第三分压电阻一端相连,第三分压电阻另一端与第四分压电阻一端和第二零欧姆电阻一端相连,第四分压电阻另一端接地;
所述第二采样电阻网络单元包括第二采样电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻、第三零欧姆电阻和第四零欧姆电阻,所述第二采样电阻一端与负发射电压单元输出端和第五分压电阻一端相连,第五分压电阻另一端与第六分压电阻一端和第三零欧姆电阻一端相连,第六分压电阻另一端接地;所述第二采样电阻另一端与第七分压电阻一端相连,第七分压电阻另一端与第八分压电阻一端和第四零欧姆电阻一端相连,第八分压电阻另一端接地;
所述AD采样单元与第一零欧姆电阻另一端、第二零欧姆电阻另一端、第三零欧姆电阻另一端、第四零欧姆电阻另一端分别相连,用以采集各端点处的电压信号。
优选地,所述正发射电压单元输出的正电压为40V,所述负发射电压单元输出的负电压为-40V。
优选地,所述AD采样单元为LTC1090芯片。
优选地,所述第一采样电阻和第二采样电阻的阻值为0.5欧姆,第一分压电阻、第三分压电阻、第五分压电阻和第七分压电阻均为90K欧姆,第二分压电阻、第四分压电阻、第六分压电阻、第八分压电阻均为10K欧姆。
本发明通过采集正发射电压单元和负发射电压单元发射电压的参数可进一步得出发射通道的电流值,根据电压值和电流值可判断具体为哪个模块出现故障,实现发射电路的检测,具有实现简单,便于操作的优点,不会带来太大的硬件开销,也不会给ADCP***硬件设计带来太大的设计复杂度。
附图说明
图1为本发明的一种基于ADCP***的发射检测电路的原理框图;
图2为本发明的一种基于ADCP***的发射检测电路的电压电流采样电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是,附图仅为示例性说明,并未按照严格比例绘制,而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小,对于公知部分结构亦可能有一定缺省。
图1为本发明的一种基于ADCP***的发射检测电路的原理框图。
如图1所示,本发明的基于ADCP***的发射检测电路包括:发射电压单元1、电压采样单元2、数字电路板3、发射驱动单元4和换能器5。
发射电压单元1包括正发射电压单元11和负发射电压单元12,正发射电压单元11与电压采样单元2相连,负责提供正发射电压源。负发射电压单元12与电压采样单元2相连,负责提供负发射电压源。本实施例中的正发射电压单元采用DC-DC模块生成正40V电压供电,负发射电压单元采用DC-DC模块生成负40V电压供电。
电压采样单元2与发射驱动单元4相连,其主要负责采集正发射电压单元11输出端的正电压信号和负发射电压单元12输出端的电压信号。
数字电路板3与电压采样单元2相连,其主要负责控制电压采样单元2进行采样并实现采样电压信号的处理。
发射驱动单元4与换能器5相连,用于根据提供的电压源驱动换能器5。换能器5通过驱动单元进行驱动,实现信号的发射。
工作时,首先由正发射电压单元11和负发射电压单元12产生所需的发射电压,再由储能设备储存发射电压,此时发射驱动单元4就会工作并把之前的发射电压加载在换能器5上(不同型号的ADCP换能器的数量不同),并驱动此换能器5工作,从而由换能器5产生声波完成发射过程。在此期间,由数字电路板3控制电压采样单元2工作,通过电压采样单元2监测发射电压的大小,进而得知发射时电流的状态,通过电压电流两个参数就能实现对发射电路的实时监测。
在一个实施例中,如图2所示,电压采样单元2包括第一采样电阻网络单元21、第二采样电阻网络单元22和AD采样单元23。
第一采样电阻网络单元21包括第一采样电阻R8、第一分压电阻R6、第二分压电阻R1、第三分压电阻R2、第四分压电阻R7、第一零欧姆电阻R5和第二零欧姆电阻R4。第一采样电阻R8一端与正发射电压单元输出端和第一分压电阻R6一端相连,第一分压电阻R6另一端与第二分压电阻R1一端和第一零欧姆电阻R5一端相连,第二分压电阻R1另一端接地。第一采样电阻R8另一端与第三分压电阻R2一端相连,第三分压电阻R2另一端与第四分压电阻R7一端和第二零欧姆电阻R4一端相连,第四分压电阻R7另一端接地。
第二采样电阻网络单元22包括第二采样电阻R19、第五分压电阻R17、第六分压电阻R11、第七分压电阻R12、第八分压电阻R18、第三零欧姆电阻R16和第四零欧姆电阻R15。第二采样电阻R19一端与负发射电压单元输出端和第五分压电阻R17一端相连,第五分压电阻R17另一端与第六分压电阻R11一端和第三零欧姆电阻R16一端相连,第六分压电阻R11另一端接地。第二采样电阻R19另一端与第七分压电阻R18一端相连,第七分压电阻R18另一端与第八分压电阻R12一端和第四零欧姆电阻R15一端相连,第八分压电阻R12另一端接地。
AD采样单元23采用LTC1090芯片,该芯片是14位的AD,AD输入范围为正负5V,并可以实现4个采样通道采样,AD采样芯片的管脚2(CH0)与第一零欧姆电阻R5另一端连接,用来采集该端点的电压值V1;AD采样芯片的管脚3(CH1)与第二零欧姆电阻R4另一端,用来采集该端点的电压值V2;AD采样芯片的管脚4(CH2)与第三零欧姆电阻R4另一端,用来采集该端点的电压值V3;AD采样芯片的管脚4(CH3)与第四零欧姆电阻R4另一端,用来采集该端点的电压值V4。AD采样单元23的15-19管脚与数字电路板相连,数字电路板可以采用单片机(MCU)和此AD相接。
其中第一采样电阻R8、第二采样电阻R19的阻值最好选用大点阻值的电阻,这样做的好处是,能使电阻两端的压差大,便于AD芯片的采样。在这里选用0.5欧姆的电阻,精度为1%。另一方面ADCP***的发射电压设计为正负40V,发射电流约为正负2A,这样在采样电阻两端的电压差约为1V,所以在0.5欧姆的电阻两端需要分别加两个电阻进行分压,否则就超出AD芯片采样的输入范围。为了便于计算,在一个实施例中,选用分压电阻阻值如图所示为90K和10K。此时通过计算图中的V1,V2,V3,V4的电压值应在正负4V左右,所以AD采样的输入范围应设定在正负5V,满足了设计要求。
检测发射电路时,可以通过芯片AD7606-4采样而得到同一时刻V1、V2、V3、V4值。从而可以进一步由根据电路计算得出A点的电压Va=((R11+R17)/R11)*V3,及B点的电压Vb=((R12+R18)/R12)*V4。此时Va即为我们发射负电压值,(Va-Vb)/R19即为负发射端的电流值。同理可得到正发射端的电压电流值。至此我们就可以通过发射电压电流的数值来判断发射通道的状态,从而实现发射机自检方案。该计算过程可以通过人工计算来实现,也可通过数字电路板嵌入的程序来实现,当然嵌入的程序是目前常见的加减乘除法计算程序,该计算程序并非本发明设计的要点。
如上所述,通过上述得出的第一采样电阻和第二采样电阻两端的电压差,得到此时的发射电压值和此时的发射通道的电流值。如果此时采样得到的电压值不对,并此时的电流值很小则很有可能是发射电压模块坏了;如果此时我们采样得到的电压值不对,并此时的电流值很大则很有可能是发射驱动模块坏了;如果此时我们的采样得到电压值是对的但是电压值和电流值算出的功率不在我们的原设计功率范围内,则有可能是换能器没接好导致的(比如ADCP是由四个换能器组成的,每个换能器的功率是20W,如果某个换能器没接好则会少20W的功率)。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于ADCP***的发射检测电路,其特征在于,包括:发射电压单元、电压采样单元、数字电路板、发射驱动单元和换能器,
所述发射电压单元包括正发射电压单元和负发射电压单元,所述正发射电压单元与所述电压采样单元相连,用以提供正发射电压源;所述负发射电压单元与电压采样单元相连,用以提供负发射电压源;
所述电压采样单元与所述发射驱动单元相连,用以分别采集正发射电压单元输出端的正电压信号和负发射电压单元输出端的电压信号;
所述数字电路板与所述电压采样单元相连,用以控制电压采样单元进行采样并实现采样电压信号的处理;
所述发射驱动单元与所述换能器相连,用于根据提供的电压源驱动所述换能器;
所述换能器,用于通过驱动单元进行驱动,实现信号的发射。
2.根据权利要求1所述的一种基于ADCP***的发射检测电路,其特征在于,所述电压采样单元包括第一采样电阻网络单元、第二采样电阻网络单元和AD采样单元,
所述第一采样电阻网络单元包括第一采样电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、第一零欧姆电阻和第二零欧姆电阻,所述第一采样电阻一端与正发射电压单元输出端和第一分压电阻一端相连,第一分压电阻另一端与第二分压电阻一端和第一零欧姆电阻一端相连,第二分压电阻另一端接地;所述第一采样电阻另一端与第三分压电阻一端相连,第三分压电阻另一端与第四分压电阻一端和第二零欧姆电阻一端相连,第四分压电阻另一端接地;
所述第二采样电阻网络单元包括第二采样电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻、第三零欧姆电阻和第四零欧姆电阻,所述第二采样电阻一端与负发射电压单元输出端和第五分压电阻一端相连,第五分压电阻另一端与第六分压电阻一端和第三零欧姆电阻一端相连,第六分压电阻另一端接地;所述第二采样电阻另一端与第七分压电阻一端相连,第七分压电阻另一端与第八分压电阻一端和第四零欧姆电阻一端相连,第八分压电阻另一端接地;
所述AD采样单元与第一零欧姆电阻另一端、第二零欧姆电阻另一端、第三零欧姆电阻另一端、第四零欧姆电阻另一端分别相连,用以采集各端点处的电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于ADCP***的发射检测电路,其特征在于,所述正发射电压单元输出的正电压为40V,所述负发射电压单元输出的负电压为-40V。
4.根据权利要求2所述的一种基于ADCP***的发射检测电路,其特征在于,所述AD采样单元为LTC1090芯片。
5.根据权利要求2所述的一种基于ADCP***的发射检测电路,其特征在于,所述第一采样电阻和第二采样电阻的阻值为0.5欧姆,第一分压电阻、第三分压电阻、第五分压电阻和第七分压电阻均为90K欧姆,第二分压电阻、第四分压电阻、第六分压电阻、第八分压电阻均为10K欧姆。
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