超声波液位计研发的探讨  二十三

2-4-4 精密包络检波电路

上面主要讨论介绍了增益程序控制的方法，基本能够实现信号幅值的稳定。为了能够有效地抑制杂波噪声干扰，精确的将超声波回波信号的包络线取出来，从而确定准确的回波接收时刻，实现精确测距，本课题中采用了比较常用的全波精密包络检波电路来实现对回波信号的包络线的检测处理。

分析上图所示电路可知，前一级运放U11A 和周边元件组成半波整流器，而电阻R51、电容C35和后一级运放组成低通滤波电路。由于回波信号的中心频率为50KHz，为了实现对信号的快速响应，电路中的两个二极管D1 和D2 采用的是超快恢复二极管FR101，它的响应时间仅有150nS，远低于普通二极管的响应时间。为了与后一级运放组成相加放大器，

其中，图2.14 中的电容C35 为滤波电容，起滤除载波频率信号的作用。经过实验验证，此电路对超声波回波信号的包络能够精确提取，其上的纹波仅有5～10，这为以后的信号整形和处理提供了方便，同时也有利于信号检测精度的提高。

2-4-5 比例微分电路

由于空气中杂散颗粒、气流、温度、湿度等因素的影响，超声波回波信号幅度始终有小幅的波动。这种情况下，如果仅仅是以回波信号包络线的凹陷部分来确定接收时刻，由于信号的波动，必然会有较大的误差。虽然各种因素的干扰会使回波信号会出现小幅波动，导致信号凹陷部分的最低点也随着之波动，然而凹陷部分的最低点在时域范围内是固定不变的，可以通过这个最低点来确定相对稳定的接收时刻。常用的微分电路只能反映输入信号的变化速度，当输入信号无变化或者变化很缓慢时，其输出为零；对于一个固定不变的偏差，无论多大均无输出，即无法克服静差。因此，其常用于调节器运算电路中，实现对输入偏差信号的微分前馈调节。实际应用中，为了将信号的幅值波动、信缓慢变化及静差的

影响降到最低，本课题加入了比例运算电路环节，采用了比例微分控制电路将回波信号包络线的凹陷部分转化为相对稳定的过零点来确定稳定的接收时刻。

由公式（2.11）可以得出，比例微分电路的输入Vi 和对应输出Vo 的波形如图2.18 所示。

超声波液位计