超音波受信トランスデューサセンサーの回路設計

ビュー: 74 著者: サイト編集者公開時間: 2018-10-04 起源: サイト

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超音波受信機は、超音波トランスデューサーと受信回路。広範囲の超音波測距を実現するためには、超音波受信回路が遠くの対象物から反射した微弱な信号を増幅するだけでなく、近くの対象物から反射した強い信号を変形させずに増幅して受信する必要があります。この回路は自動利得制御 (AGC) 機能を備えています。さらに、受信回路に AGC 機能を追加すると、「残響」現象が克服され、超音波測距システムの S/N 比が向上します。したがって、超音波信号の減衰特性に応じて、自動利得制御原理によって時間利得制御((TGC)が実現され、超音波受信回路が深い飽和現象を起こさずに高い利得を有するようになります。このセクションではまた、低雑音増幅回路とバンドパスフィルタも設計され、受信回路の信号対雑音比が大幅に改善されました。

低ノイズフロントエンドアンプ

の超音波距離センサーを2.5mの壁（対象物）に直接重畳し、振動子の出力信号を皮膚検出器で直接観測し、電圧振幅は1Vです。ターゲットが増加すると、エコー信号の振幅は 1x だけ急激に低下します。超音波センサーの到達距離が 35m の場合、超音波受信回路は非常に弱いエコー信号を感知できるように十分に大きなゲインを持たなければなりません。同時に、近くのターゲットから発生するエコー信号が増幅されないことも要求されます。深い飽和が発生します。したがって、フロントエンドアンプのゲイン G をあまり大きくすることはできません。

フロントエンドアンプ回路について超音波距離測定センサー。このうちフロントエンドアンプはAD620タイプ計装用オペアンプとRCネットワークで構成されています。 AD620 には、低消費電力、広い周波数帯域、高精度、高信頼性という利点があります。そのゲインは抵抗Rcのみによって決まります。 1% 精度の抵抗を使用して正確なゲイン G を提供します。G=1 の場合、Rc ピンは抵抗素子に接続されません (つまり、Rc = oo)。他のゲインの場合、抵抗値は次のように決定できます。

複合トランスデューサの場合は、配線された高インピーダンスのオペアンプで構成され、トランスデューサが受信したエコー信号を増幅するために追加する必要があります。長距離超音波距離センサー。加算器の出力信号は小さいため、ゲイン制御回路はバンドパスフィルターの出力信号に直接加算されます。したがって、超音波受信回路の最終段増幅回路を接続モードに変更する必要があります。

制御回路

長距離超音波センサーの場合、ダイナミックエコー信号は、超音波距離測定用振動子は特に大型です。したがって、「超音波受信機の範囲内で極めて高い感度を有すること」「内部で飽和や残響がないこと」という２つの要件を同時に満足させるためには、高利得の受信回路に自動利得制御機能を付加し、強い信号を一定レベルに圧縮する必要がある。

(1) 自動ゲイン制御は次の等価回路になります。 AGCを実現する超音波トランスデューサセンサーは段間減衰方式を採用しています。 vはフロントエンドアンプの出力信号、Rはポストアンプの入力インピーダンス、vはポストアンプの入力電圧、つまり信号源が段間で減衰した後の出力電圧、Zは可変抵抗です。制御要素 R は固定段間減衰抵抗器です。ここで段間減衰とは抵抗RとZの分圧減衰を指します。今、Vの振幅が徐々に大きく減少し、最大値Vmaxになったとき、Zが最小値となる段間減衰回路を考えます。