超声波回波信号检测系统研究

　　1 引言

　　超声波技术的发展越来越快，使用范围越来越广，但是有时候却面临着因为检测回波的电路精度不高，检测技术不够好，导致回波中的信息无法提取出来的尴尬。因此研制精确度高，检测效果好的调理电路确实很有必要。本系统采用的方案信息的保存度较好，引入的不必要噪声要小，结果的可信度较高。

　　2 信号调理电路的构成

　　一般来说超声波的回波信号都很微弱通常为毫伏级几毫伏~几十毫伏不等，有的甚至还会有几十上百伏的干扰电压，所以调理电路的第一级为限幅电路，将电压限制在20毫伏以下，以确保回波信号经过放大后不会对后面的电路产生影响;第二级为前置放大电路，进行阻抗变换和固定增益放大;第三级为带通滤波器，滤除干扰信号，留下有用的信号段;第四级为可变增益放大，根据信号的大小将信号放大至可被AD采样的范围。回波信号经过这些处理后就能被AD采样进而变为数字信号，方便后面做进一步的处理。

　　3 阻尼限幅电路

　　限幅电路的作用去除过高或过低的电压信号，保护电路不因为太高或太低的电压，造成电路工作不正常。当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平(称作限幅电平)，且再不随输入电压变化。回波信号的电压段经过相同增益的放大后，大电压值部分可能会对后续电路有不利影响，所以应选用上限幅或上下同时限幅的结构。

　　3.1 直接截去幅值的限幅电路

　　假设二极管的导通电压为U0，则该电路可以有效的将通过电容虑直后的信号限制在(-U0-U2，U0+U1)输出，以保证后续电路的稳定工作。该限幅电路引入了电压源进行限幅电压的选择，所以可以通过控制电压源来选择限幅电压的电压值。

　　3.2 不失真压缩的限幅电路

　　有的超声波检测仪采用的是单发单收的模式，所以在接收的信号中难免会夹杂发射时残留的高压，这种电路则可以有效的限制高压，保护后续电路。下图限幅电路采用的是两极限幅，B点左边的限幅电路可以将信号电压限制在小于“限幅电压”的范围内，后一级限幅电路则将电压限制在(-U0，+U0)(U0为二极管导通电压)。而且电容C1、C2可以有效的防止直流“限幅电压”被耦合到接收端和信号输出端。

　　上述两种电路进行系统仿真后的结果如下：

　　采用同样的输入信号后，为了保护后续的电路不受影响，第一种方案直接将部分信号直接截去，这样就会造成信号的失真;而第二种方案则是通过电压变换将幅值缩小到那但是信却保证了信号的完整性。而且可以合理设定限幅电压的电压值和电阻的比例来限制通过的最大幅值。