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超声检测系统中消除电磁干扰的电路设计

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图６无缺陷的波形
图４滤除共模噪声效果图
３．２前置放大电路设计
接收部分是从探头接收到的超声信号转换成弱电信号，一
图７有缺陷的波形
般几ｍＶ到几十肛Ｖ，需要进行前置放大，以便于后续的处理。４．２通过Ｆ扫描对薄铝工件进行质量诊断
ＡＤ８３０中，２个互导放大器的输出电流，。、，。分别正比于各自
万方数据
特征扫描…（Ｆ扫描）是一项新技术，是由（下转第８２页）
Ｖｏ。。＝Ｚ（，ｘ＋，Ｙ）＝ＧＭ·Ｚ·（Ⅳｘｌ—ｙｘ２一ｋｌ—ＶＹ２） 设计中，利用ＡＤ８３０构建了增益为１０倍的前置放大的电路，如 图５所示，电路增益Ｇ：１＋月３４／Ｒ３，＝１０。
ＶＣｒ ＋１２ Ｖ
图２超声接收电路 从结构来看与电流反馈运算放大器非常类似，但ＡＤ８３０是一种 电压放大器件，与其他电压反馈型运算放大器在功能上相同。 图３为电路的差动电路原理图。
实验通过Ｆ扫描对薄铝工件焊缝进行质量诊断，频率为 １０ ＭＨｚ的聚焦探头，采用水浸耦合、垂直入射法对工件进行 检测，结果如图８、图９所示。图８中，所标区域表示焊缝熔 合较好。
图８工件特征成像一深度图 图９中，不同颜色表示不同的回波幅值。如果工件表面 平整或者铝板内部均匀，回波幅度应该一样大，颜色应该一 致。从图９看出颜色不一致，说明工件表面不平整或内部不 均匀。
８２
Ｏｃｔ＿２００８
主程序的功能主要包括初始化、系统自检、中断设置等，主程序 处于循环状态。整个系统软件主要完成手／自动的判断、涂油 参数的设置、烟包计数和向电磁阀发送状态命令等。系统软件 流程如图５所示。
图５系统软件流程图 ５系统实际应用结果
该系统在众多拥有ＧＤ机型的卷烟厂安装使用，使用过程 中大大节省了原材料，提高了产品质量和产品合格率，使得坏 包率下降了１０％左右，同时提高了生产效率，停机次数明显下 降，有时连续工作２４ ｈ也无需停机，机台操作工人的劳动强度
设计采用宽带差动放大器ＡＤ８３０进行共模噪声的抑制和 前置放大。ＡＤ８３０由２个互导放大器（电压一电流变换）、高阻 抗电流一电压变换电路以及输出缓冲放大器等３部分组成。
第１０期
张世雄等：超声检测系统中消除电磁干扰的电路设计
７５
图１超声发射电路
输入端的电压差。，。和，。相加后在阻抗ｚ上变换成电压，再 经过输出缓冲放大器放大输出，输出电压为
操作人员，原来的操作工完全可以胜任。通过实践表明：该卷
烟包装机铝箔纸自动涂油系统完全可以取代手工涂油，是一种
可靠的，自动化程度较高的应用系统。
、
参考文献：
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［４］ 宋军，李书泽高速电磁阀驱动电路设计及试验分析．汽车工程， ２００５，２７（５）：５４６～５４９．
［５］ 曹柏荣，冯运达．瞿丹晨．基丁．单片机的微碳铬铁快速定硅仪．仪
表技术与传感器，２００５（５）：４９—５Ｉ． 作者简技术与
电磁噪声严重干扰着测控系统，影响各种电子器件的正常工 作，使检测信号信噪比大大降低。 ２ 电磁干扰产生原因的理论分析
由于控制高压的场效应管开关电路快速的开关动作，产生 大量的高频电流分量，这些高频成分必然对周围的电场和磁场
产生影响。根据麦克斯韦方程组电势差定律：
ｖ×Ｅ：塑
ｔ
拓．ｄ卜一ｆ ０Ｂ．ｄｓ
Ｊ
１检测系统噪声来源 在超声发射电路中，控制高压关断的Ｎ沟道场效应管的开
关电路、传导性发射的电磁干扰噪声源，主要来自共模噪声以 及电机带来的电磁干扰产生的共模噪声，例如超声自动检测多 采用伺服控制系统，其中的伺服电机驱动器就是系统的很强的 干扰源。交流伺服电机中的变频器，其输出电压或电流中含有 大量高次谐波分量，定转子的谐波磁场相互作用而产生随时间 和空间变化的径向电磁波…，当产生共振时电磁噪声将更大。 又如步进电机，其工作在脉冲电流的状态下，由于绕组的感抗 很大，工作时在回路中产生很强的峰值电压及电流信号。这些
２００８往 第１０期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２００８ Ｎｏ．１０
超声检测系统中消除电磁干扰的电路设计
张世雄，宋文爱，陈以方 （中北大学信息与通信工程学院，山西太原０３００５１）
摘要：电磁干扰是超声检测系统中的主要干扰信号，针对检测系统中消除共模噪声设计了硬件抑制措施，电路设计采
共模干扰将外界的电场或磁场转换成共模噪声电压。该 噪声电压即为电磁干扰源，它会将噪声电流传到电路系统中。 与连接的电路、仪器设备、系统都可能形成回路，此类回路阻抗 相当低。设电源连接导线周围有水平的电场或垂直的磁场，而 此导线如同一个接地天线，如果导线恰好受到水平电场的干 扰，则导线感应的开路电压ｙ为
詈。Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｓｈｉｘｌ５＠１６３．ｃｏｍ
超声检测系统中消除电磁干扰的电路设计
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
张世雄， 宋文爱， 陈以方， ZHANG Shi-xiong， SONG We-nai， CHEN Yi-fang 中北大学信息与通信工程学院,山西,太原,030051
２００７，２９（３）：】３５—１３８． ［２］ 茹东生，章小梅．开关电源传导性电磁干扰共模噪声的研究．微电
子学与计算机，２００６，２３（１１）：Ｊ７５—１７７． ［３］ 陈以方，骆巍，陈玉宝，等．复合材料的特征扫描声成象检测．无损
检测，２００１，２３（１０）：１５—１９． 作者简介：张世雄（１９８２一），硕士研究生．专业为检测技术及自动化装
自动化仪器、信息采集与处理、工业控制技术。
Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈａｏｈ １＠ｙｅａｈ ｎｅｔ
（上接第７５页）传统的Ｃ扫描成像发展而来。特征扫描利用计 算机全波列采集检测信号，提取和存储许多特征，经信号处理 后，按多种特征进行成像显示，特征指超声波形的特性，包括其 上升时间、下降时间、脉冲周期和频谱特性等。它除了能检测 局部缺陷外，还能对检测信号进行频谱分析和数字滤波，通过 各种特征量的提取和重构，能实现缺陷的自动识别，从而提高 定量精度。
明显下降。企业在油脂消耗上也显著降低，充分达到了节能降
耗，合理利用资源的效果。 ６结束语
该设计利用单片机技术结合电磁阀控制技术，实现了卷烟
包装机铝箔纸全自动涂油，这种方法利用控制电磁阀开闭时间 来实现涂油量的精确控制，使得铝箔纸涂油变得简单、精确和
到位。该设计改变了传统的手工涂油自动化程度低、机台工人 劳动强度大、涂油不均匀等缺陷，而且操作简单，不需要专业的
４实验结果
图５前置放大电路
４．１对标样进行检测实验
实验采用的交流伺服电机型号为ＳＧＭＡＨ一０２ＡＡＡ４１，检
测中使用直径为２４ ｍｍ，标称频率为２ ＭＨｚ直探头，采用水浸
耦合、垂直入射法对工件进行检测，结果如图６、图７所示。
图３羞动电路原理图 设计采用了双端输入单端输出的差动放大电路，放大倍数
为０。其中，Ｋ、‰分别表示正、负５ Ｖ电源，电容为０．１肛Ｆ，均 为电源去耦电容，¨表示输入信号电平，屹表示输入信号地电 平，单端输出信号电平ｖｏ。。＝Ｖ，一坎，参考点为板卡系统地，需 要说明的是：板卡系统地通过一个感性器件磊。与输入信号地 相连，保证直流通过，使信号与采集卡共地，保持信号的稳定 性。图４为示波器所测实际电路信号与信号地上耦合的共模 噪声削减情况，共模抑制比为２５ ｄＢ．１、２通道分别测量信号与 信号地上的共模噪声，３通道表示差动后的结果。
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｉｒｃｕｉｔ ＥＭＩ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ Ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ ｉｎ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧ Ｓｈｉ—ｘｉｏｎｇ，ＳＯＮＧ Ｗｅｎ—ａｉ，ＣＨＥＮ Ｙｉ—ｆａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ＥＭＩ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ ｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｏｕｒｃｅ，ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｎ·ｃｈａｎｎｅｌ ＦＥＴ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｓｈｕｔｏｆｆ ｅｍｉｔｓ ＥＭＩ ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅ ｆｒｏｍ ｃｏｍｍｏｎ－ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ，ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ＥＭＩ ｃｒｅａｔｉｎｇ ｂｙ ｍｏｔｏｒ．Ｆｏｒ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｃｏｍｍｏｎ－ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｗｅｌｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＥＭＩ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ；ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ；ＡＤ８３０
仪表技术与传感器 INSTRUMENT TECHNIQUE AND SENSOR 2008，""(10) 0次

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基于超声波技术的避障检测系统设计

基于超声波技术的避障检测系统设计

避障检测传感器简介——基于超声波技术的避检测系统的文献综述陈香敏10807030202摘要：避障系统技术在工业现场、车辆导航、水声工程等领域都具有广泛的应用价值，目前已经应用于物位测量、机器人自动导航以及空气中与水下的目标探测、识别、定位等场合。

本文主要介绍避障使用的传感器，主要有超声波传感器、视觉传感器、红外传感器、激光传感器等。

0.引言：随着计算机的应用和传感技术的发展，移动机器人的研究又出现了新的高潮。

以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标准，开展了移动机器人更高层次的研究。

避障是智能移动机器人基本的功能，具体的实现方法多种多样。

在自主移动机器人的实时避障和路径规划过程中，机器人须依赖于外部环境信息的获取，感知障碍物的存在，测量障碍物的距离。

目前，机器人避障和测距传感器有红外、超声波、激光及视觉传感器。

激光传感器和视觉传感器价格贵，对控制器的要求较高，因而，在移动机器人系统中多采用红外及超声波传感器。

多数系统采用单一传感器进行信息采集，但超声波传感器因为存在测量盲区的问题，测距范围一般在30～300cm之间；而红外测距传感器的探测距离较短，一般在几十厘米之内，它可以在一定程度上弥补超声波传感器近距离无法测量的缺点。

因而，一般情况下多采用多路红外和超声波传感器进行距离信息的测量和采集。

关键字：避障系统超声波传感器红外传感器激光传感器视觉传感器1、激光传感器1.1、基本工作原理激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。

经目标反射后激光向各方向散射。

部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。

雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。

常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。

激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。

具有温度补偿功能的超声波测距系统设计

具有温度补偿功能的超声波测距系统设计

具有温度补偿功能的超声波测距系统设计超声波测距系统运行过程中，环境温度会对测距系统的测量精度造成较大影响，为了降低环境温度波动对超声波测距系统精确度的影响，需要在测距系统中增加温度补偿系统。

在具有温度补偿功能的超声波测距系统设计中，本文以单片机为控制核心，并使用温度传感器进行环境温度测量，从而实现在不同环境温度下的超声波波速确定，提高测量精度。

标签：温度补偿；超声波测距系统；单片机0 引言相较于其他测距方式，超声波测距具有更高的电磁抗干扰能力，并且对空气质量和环境光照强度要求更低，另外由于超声波测距属于非接触测距技术，用途更加广泛，同时超声波测距系统可靠性更高，制造运行所需的成本更低，当前已经取得广泛使用。

但是超声波对温度较为敏感，通过研究发现，当环境温度升高1℃时，声速下降0.607m/s。

1 超声波测距系统工作原理超声波测距系统工作过程中，由超声波发射系统发出超声波，由接收系统接收反射回的超声波，当超声波发出后，测距系统中的计数器开始同步工作，当接收器接收到第一个反射信号后，计时停止，通过当前环境温度下的声速与计时时间的相乘计算即可实现距离测量。

而要确定不同环境温度下的声速，可以通过以下公式确定声速：在超声波测距系统设计中，可以将声速公式代入到距离计算公式中，则可通过环境温度和计时时间确定距离。

在具有温度补偿功能的超声波测距系统设计中，在超声波测距系统中加入温度传感器，并将测得的环境温度传入单片机，由单片机中的程序进行距离计算，通过显示屏进行距离显示，在系统运行中，由于充分考虑了环境温度因素，所以可以极大提升超声波测距系统的精确度[1]。

2 具有温度补偿功能的超声波测距系统设计2.1 温度补偿系统设计温度补偿系统中最重要的就是温度传感器选取和与系统的连接，需要保证温度传感器有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力，在完成温度测量后，将测量值输入单片机中，由相关程序进行距离计算。

本文选取了DS18B20温度传感器，传感器结构为两条数据总线，这两条总线能够实现温度转换和数据传输功能，在温度传感器运行过程中，可以将数据总线直接与单片机进行连接，将测量到的数据输入单片机中，在该过程中不需进行A/D转换，并且另一条数据线用于传输温度转换指令和读写指令。

超声波多普勒流量检测系统电路设计

超声波多普勒流量检测系统电路设计


图 ３ ５５５ 定时器超生波发射电路
由(4)式可知,555 多谐振荡器的振荡频率由 R2,R3, C1、来确定。所以在电路设计时,先确定 C1、R2 的取
值,即 C1=3300pf,R2=2.7K Ω 。再将 R2 和 C1 的值代入
上式中可得:
R3 = 1.43 C1 f − 2R 2
(5)
为了使 555 芯片的输出频率为 40kHz 的方波,在这
据输入的仪表参数进行流速、流量、累计流量等所需要 (6) 的数据量的计算。
(7) ４ 系统测试
在多普勒流量测量系统中: 设管道直径 D 为 2 0 .
00cm,超声波探头与水流速度方向夹角θ 为 30°,发射频
率为 40kHz,在水中传播速度为 1450m/s。在标定实验室 的清水管道中加入少量气泡作为超声信号的反射介质, 流量真值采用容积法测出。系统流量测量数据见表 1。从 测量数据中可以看出,系统误差小于 3%,符合预期要求。
《自动化技术与应用》２ ０ １ ３ 年第 ３ ２ 卷第 ０ １ 期
仪器仪表与检测技术
Instrumentation and Measurment
超声波多普勒流量检测系统电路设计
兰 羽 １， 屈改平 ２
(1.陕西工业职业技术学院,陕西 咸阳 712000;2.陕西省南郑县医院,陕西 汉中 723100)
３．３ 混频及低通滤波电路
５ 结束语
该系统分辨率高, 对流速变化响应快, 对流体的压 力、粘度、温度、密度及导电率等因素不敏感,没有零 点飘移问题[6]。经实验测试表明,系统误差小于 3%。本 系统是利用声波在流体中传播的多普勒效应而设计的 流量测试装置, 该装置安装于被测管道的外侧, 不影响 流体的流动, 不接触被测流体, 无压力损失, 维修方便, 特别适用于有害、有毒、腐蚀性强的液体[7]。
超声波测距电子电路设计详解

超声波测距电子电路设计详解

超声波测距电子电路设计详解在自主行走机器人系统中，机器人要实现在未知和不确定环境下行走，必须实时采集环境信息，以实现避障和导航，这必须依靠能实现感知环境信息的传感器系统来实现。

视觉、红外、激光、超声波等传感器都在行走机器人中得到广泛应用。

由于超声波测距方法设备简单、价格便宜、体积小、设计简单、易于做到实时控制，并且在测量距离、测量精度等方面能达到工业实用的要求，因此得到了广泛的应用。

本文所介绍的机器人采用三方超声波测距系统，该系统可为机器人识别其运动的前方、左方和右方环境而提供关于运动距离的信息。

超声波测距原理超声波发生器内部由两个压电片和一个共振板组成。

当它的两极外加脉冲信号，且其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。

反之，如果两极间未加外电压，当共振板接收到超声波时，就成为超声波接收器。

超声波测距一般有两种方法：①取输出脉冲的平均电压值，该电压与距离成正比，测量电压即可测量距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，根据被测距离s=vt？2来得到测量距离，由于超声波速度v与温度有关，所以如果温度变化比较大，应通过温度补偿的方法加以校正。

本测量系统采用第二种方法，由于测量精度要求不是特别高，所以可以认为温度基本不变。

本系统以PIC16F877单片机为核心，通过软件编程实现其对外围电路的实时控制，并提供给外围电路所需的信号，包括频率振动信号、数据处理信号等，从而简化了外围电路，且移植性好。

系统硬件电路方框图见图1。

图1 系统硬件电路方框图由于本系统只需要清楚机器人前方、左方、右方是否有障碍物，并不需要知道障碍物与机器人的具体距离，因此不需要显示电路，只需要设定一距离阀值，使障碍物与机器人的距离达到某一值时，单片机控制机器人电机停转，这可通过软件编程实现。

超声波发射电路超声波发射电路以PIC16F877为核心，当单片机上电时，单片机从RA0口产生40kHz的超声波信号，但是此时该信号无法通过与非门进入放大电路使超声波发射头发射超声波，只有闭合开关S1时，从RA1口发射出一门控信号，该信号的频率为4kHz，同时启动单片机内部的定时器TMR1，开始计数。