超声波液位计研发的探讨   二十

本设计中，采用了一种简单的二阶带通滤波滤波电路，它有一个集成运算放大器和RC 网络组成，电路如图2.11 所示。这种带通滤波器的优点是元件少，输出阻抗低，品质因数Q 可达20 左右，频率选择特定良好，在通频带范围内还可以提供一定的增益，所以应用十分广泛。

由此可见，二阶带通滤波器的性能主要取决于品质因数Q 和中心角频率0ω ，为了调节Q 和0ω ，一般先调整R 以改变Q 值，再调整C 以改变0ω ，但调整R 将同时影响0ω ，这是它的不便之处。由于Q值对元件参数误差十分敏感，该Q值的最大值不宜超过20，一般情况下，以Q≤10为宜。

本课题中，回波信号的中心频率0 f 为已知量50KHz，滤波器的闭环增益设计为15 左右，品质因数Q 调整为5～6 之间。经过试验验证，回波信号基本能不失真的通过二阶带通滤波电路，而噪声信号得到了有效地衰减和抑制，频率选择特性良好，基本达到了预期的目的。

2-4-3 程控增益电路

超声波回波信号幅度的动态范围很宽。当液位处于最低时，接收到的回波信号幅度只有几mV 甚至更低；随着液位的升高，回波信号的幅度能够达到几百mV，其幅值变化达上百倍。然而，增益过大，距离近时的大信号有可能会出现饱和；增益过小，则会导致小信号有可能无法被单片机识别。因此，采用固定增益的电路来处理这种信号是不可能的，必须对电路的增益进行程序控制。目前，实现增益控制的方法有多种。例如：采用自动增益控制电路（简称AGC 电路）就可以很容易解决信号稳定的问题。AGC电路的基本原理是随着输入信号幅度的变化产生一个相应变化的直流电压(AGC 电压)，利用这一电压去控制一种可变增益放大器的放大倍数：当输入信号幅度较大时AGC 电压控制可变增益放大器的放大倍数减小(或者增大可变衰减电路衰减量)；当输入信号幅度较小时AGC 电压控制可变增益放大器的放大倍数增加(或者减小可变衰减电路衰减量)。显然，这种自动增益控制可以达到输出信号幅度基本稳定的目的。

超声波液位计