專利名稱：一種超聲波線纜測(cè)高儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)高裝置，尤其涉及一種超聲波線纜測(cè)高儀。
背景技術(shù)：
目前常用的電纜/線纜測(cè)高裝置一般采用非接觸測(cè)量方式，包括紅外、激光、 無(wú)線電測(cè)高等，但這類裝置一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受光線、煙霧、電磁波等外界環(huán) 境的干擾，影響測(cè)量精確度，因此應(yīng)用范圍受到限制。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種超聲波線纜測(cè)高儀，以克服現(xiàn)有線纜測(cè)高裝 置存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測(cè)量結(jié)果易受外界環(huán)境干擾而影響測(cè)量精度的不足。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)
一種超聲波線纜測(cè)高儀，包括由前殼和后殼扣合形成的殼體，所述殼體內(nèi) 設(shè)有LPC932單片機(jī)，前殼頭部具有喇叭狀開(kāi)口，后殼上部具有與前殼頭部相 對(duì)應(yīng)的形狀以容納前殼頭部；LPC932單片機(jī)正面設(shè)有顯示器、三個(gè)控制按鈕和 兩個(gè)功能開(kāi)關(guān)，LPC932單片機(jī)背面下部設(shè)有接電源彈性金屬片以連接電池電源 的正負(fù)極；LPC932單片機(jī)上設(shè)有整形放大、發(fā)射電路、接收放大電路、帶通濾 波器、自動(dòng)增益控制(AGC)電路、絕對(duì)值電路、比較器電路、環(huán)境溫度采集 電路、存儲(chǔ)電路、超聲波換能器、顯示電路；在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生25KHz的 超聲波脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)74HC14組成的整形電路，輸出標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)， 該超聲波信號(hào)經(jīng)三極管和升壓變壓器放大之后，推動(dòng)超聲波換能器發(fā)出超聲波 信號(hào)；超聲波遇到被測(cè)物反射回來(lái)，回波信號(hào)被換能器接收；超聲波的發(fā)射與 接收所采用同一個(gè)換能器；換能器向空氣介質(zhì)發(fā)射聲波脈沖，聲波信號(hào)遇到被 測(cè)物，必然有反射回來(lái)的回波，回波信號(hào)作用于換能器上，換能器因壓電效應(yīng) 而產(chǎn)生微弱的電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路的放大、濾波、自動(dòng)增益控制、 全波整流、比較器處理，回波脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī)LPC932中；同時(shí)環(huán)境溫度采集電路將現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)送到單片機(jī)中，通過(guò)計(jì)算來(lái)補(bǔ)償聲速；顯示電路顯 示出所測(cè)的數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型有益效果為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易受光線、煙霧、電磁波的干擾； 同時(shí)測(cè)量l 一 6根線纜的高度；測(cè)量方便，容易對(duì)準(zhǔn)線纜位置及觀看測(cè)量結(jié)果； 測(cè)量線纜與線纜之間距離；適用不同用途電纜；采用大型測(cè)量頭，比市場(chǎng)現(xiàn)有 測(cè)高儀精度高；體積小，重量輕，攜帶方便。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的主視圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的側(cè)視圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的前殼體結(jié)構(gòu)示意圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的單片機(jī)主視圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的單片機(jī)側(cè)視圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的系統(tǒng)組成方框圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的超聲波發(fā)射電路；
圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例所述超聲波線纜測(cè)高儀的超聲波信號(hào)處理電路；
圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的帶通濾波電路；
圖IO是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的絕對(duì)值電路；
圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀的比較器電路。
圖中1、喇叭狀開(kāi)口； 2、顯示器；3、控制控4丑；4、功能開(kāi)關(guān)；5、前殼; 6、后殼；7、 LPC932單片機(jī)；8、接電源彈性金屬片。
具體實(shí)施方式

如圖1-5所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀，包括由前殼5 和后殼6扣合形成的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有LPC932單片機(jī)7，前殼5頭部具有 喇叭狀開(kāi)口 1,后殼6上部具有與前殼5頭部相對(duì)應(yīng)的形狀以容納前殼5頭部； LPC932單片機(jī)7正面設(shè)有顯示器2、三個(gè)控制按鈕3和兩個(gè)功能開(kāi)關(guān)4,LPC932 單片機(jī)7背面下部設(shè)有接電源彈性金屬片8以連接電池電源的正負(fù)極。
如圖6所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的超聲波線纜測(cè)高儀系統(tǒng)組成方框圖， LPC932單片機(jī)上設(shè)有整形放大、發(fā)射電路、接收放大電路、帶通濾波器、自動(dòng) 增益控制(AGC)電路、絕對(duì)值電路、比較器電路、環(huán)境溫度采集電路、存儲(chǔ) 電路、超聲波換能器、顯示電路；單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，協(xié)調(diào)控制各 部分電路的工作。在單片機(jī)的控制下產(chǎn)生25KHz的超聲波脈沖信號(hào)，(因所選 用的超聲波換能器的諧振頻率為25KHz)該信號(hào)經(jīng)74HC14組成的整形電路， 該電路對(duì)信號(hào)有很好的整形作用，并對(duì)干擾信號(hào)有一定的抑制作用，其輸出為 標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，這個(gè)超聲波信號(hào)經(jīng)三極管和升壓變壓器放大之后，通過(guò)收發(fā) 轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)出超聲波信號(hào)；超聲波遇到被測(cè)物反射回來(lái)，回 波信號(hào)被換能器接收。超聲波的發(fā)射與接收所采用的是同一個(gè)換能器，既做發(fā) 射又做接收，為避免發(fā)射與接收之間的相互干擾，在單片機(jī)的控制下當(dāng)換能器 發(fā)射出一個(gè)短暫(2-3秒)的超聲波信號(hào)之后停止發(fā)射，儀器便處于接收狀態(tài)； 每發(fā)射一個(gè)脈沖后，這個(gè)脈沖的上升沿啟動(dòng)測(cè)距計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；換能器向空 氣介質(zhì)發(fā)射聲波脈沖，聲波信號(hào)遇到被測(cè)物，必然有反射回來(lái)的聲波(回波)， 回波信號(hào)作用于換能器上，換能器因壓電效應(yīng)而產(chǎn)生微弱的電壓信號(hào)，換能器 輸出的這種回波信號(hào)為毫伏級(jí)電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路的放大、濾波、 自動(dòng)增益控制、全波整流、比較器等一系列處理，回波脈沖信號(hào)輸入到單片機(jī) LPC932中，這個(gè)回波脈沖信號(hào)的上升沿使測(cè)距計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。由于測(cè)距計(jì)數(shù) 器開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)刻為發(fā)射聲波的時(shí)刻，因此計(jì)數(shù)的多少正比于聲波發(fā)出到接收的 時(shí)間間隔，有此計(jì)算出渡越時(shí)間；同時(shí)環(huán)境溫;l采集電路將現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)送到 單片機(jī)中，通過(guò)計(jì)算來(lái)補(bǔ)償聲速，最后利用公式[d-(c")/2]計(jì)算出距離，并由顯 示電路顯示出所測(cè)的數(shù)據(jù)；可通過(guò)按動(dòng)閱讀鍵(R)讀出l-6根線纜的距離數(shù)據(jù)。如圖7所示，由單片機(jī)產(chǎn)生的25KHz超聲波脈沖信號(hào)通過(guò)LPC932的19 腳輸出，經(jīng)74HC14整形，74HC14是六反相施密特觸發(fā)器集成電路，它的基本 作用就是反向器，它的優(yōu)點(diǎn)就是用施密特觸發(fā)器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行波形整形，可 使得輸出脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿都很陡峭，提高了抗干擾信號(hào)的能力，在 集成電路中還增加了輸出級(jí)，因此也提高了電路的負(fù)載能力；經(jīng)兩級(jí)整形后的 標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)加到三極管Q6基極，經(jīng)Q6進(jìn)行功率放大、變壓器升壓，在次級(jí) 線圈上將電壓提升10倍，經(jīng)換能器將超聲波發(fā)出；R54為限流電阻，R22為換 能器阻抗匹配電阻；因采用了收發(fā)同體傳感器，所以收發(fā)信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生干擾， 較強(qiáng)的發(fā)射信號(hào)能量有可能直接進(jìn)入接收電路，這個(gè)信號(hào)要比回波信號(hào)大的多， 這樣會(huì)使接收電路的前級(jí)放大器進(jìn)入飽和，引起電路工作不穩(wěn)定，所以在接收 信號(hào)放大器的輸入端接入了二極管D1，在超聲波發(fā)射時(shí)D1為導(dǎo)通狀態(tài)，防止 了接收電路的誤動(dòng)作；C38為濾波電容。信號(hào)流程單片機(jī)產(chǎn)生的25KHz超聲 波脈沖信號(hào)通過(guò)LPC932的19腳輸出—加到IC11A的第1腳—第2腳輸出—加 到IC11B的第3腳—第4腳輸出—經(jīng)電阻R50、 R51加到三極管Q6的基極— Q6集電極輸出—加到升壓變壓器L1初級(jí)第7端—在L1次級(jí)第6端得到10倍 升壓—最后經(jīng)換能器將超聲波發(fā)出。
如圖8所示，超聲波在空氣中傳播，遇到被測(cè)物體反射的回波信號(hào)加到超 聲波換能器上，換能器由于壓電效應(yīng)產(chǎn)生的^f敬弱電壓信號(hào)，換能器輸出的這種 回波信號(hào)為mV級(jí)的電壓信號(hào)，二極管D1為截止?fàn)顟B(tài)，這個(gè)回波電信號(hào)經(jīng)Q1 放大，由Q2射隨器輸出加到由6110FS組成的兩級(jí)壓控放大器，BA6110是一 款低噪聲、低誤差、低失真的運(yùn)算放大器，并有單片機(jī)控制其BA6100放大倍 數(shù)的大小，完成自動(dòng)增益控制之目的，提高了信號(hào)的穩(wěn)定性。信號(hào)流程由換 能器輸出的mV級(jí)回波信號(hào)經(jīng)C9偶合到Ql的基極—Ql集電極輸出直接輸入 到Q2的基極—Q2的發(fā)射極輸出—經(jīng)C12偶合到IC4的第1腳—由第14腳輸 出—經(jīng)Cl8、 R35加到IC5的第1腳—由第14腳—經(jīng)C21偶合輸出到下一級(jí)電 路。AGC電路由IC11F、 IC11E、 R27、 C14、 IC2B、 IC1A、 Rl—R6、 C1 C3 組成；由單片機(jī)(2&13腳)輸出的控制信號(hào)加到IC11F的第13腳—第12腳— IC11E的第11腳—IC11E的第10腳—R27、 C14 —IC2B的第5腳—IC2B的第7 腳—R3、 R4、 R5、 R6 —IC1A的第3腳—由IC1A的第1腳輸出AGC控制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)R7和R38分別加到IC4和IC5的控制輸入端(第7腳)，使得IC5第 14腳輸出信號(hào)的穩(wěn)定性提高，最后由C21偶合輸出到帶通濾波電路。
如圖9所示，帶通濾波器用來(lái)通過(guò)某一)殳的信號(hào)，將此頻段兩端以外的信 號(hào)加以抑制或衰減，帶通濾波器通過(guò)頻段的寬度為頻寬，用符號(hào)B表示，頻寬 中點(diǎn)所在角頻率為中心角頻率，用符號(hào)co0表示。這樣，帶通濾波器的品質(zhì)因 數(shù)Q可表示為Q=coo/B,可見(jiàn)，頻寬B愈窄，品質(zhì)因數(shù)Q愈高，則表示帶通 濾波器的選擇性愈好。換能器輸出的這個(gè)微弱的回波電壓信號(hào)放大之后，送到 帶通濾波器。這里采用的是無(wú)限增益多反饋帶通濾波器，它是由運(yùn)算放大器 IC1C等元件構(gòu)成的無(wú)限增益多路反饋二階帶通濾波電路，這種帶通濾波器的優(yōu) 點(diǎn)是元減少，輸出阻抗低，品質(zhì)因數(shù)可達(dá)20左右。信號(hào)流程由C21偶合輸出 的信號(hào)經(jīng)R40、 R41、 C6力口到IC1C第9腳—由R40、 R41、 R13、 C5、 C6、 IC1C 組成的帶通濾波器，讓有用的一段回波信號(hào)順利通過(guò)，并由C4偶合輸出到絕對(duì) 值電路。
如圖IO所示，絕對(duì)值電路是由IC1B、 IC1D、 D2等組成，見(jiàn)附圖5所示。 在絕對(duì)值電路中，當(dāng)輸入信號(hào)電壓Vin為正時(shí)，D2-l導(dǎo)通，D2-2截止，信號(hào)經(jīng) R11加到IC1D的反相輸入端，則輸出為正。當(dāng)輸入信號(hào)電壓Vin為負(fù)時(shí)，D2-l 截止，D2-2導(dǎo)通，由R12、 R14、 IC1D構(gòu)成的反相放大電路，其輸出為正。無(wú) 論輸入信號(hào)的電壓極性如何，其輸出總是正極性，實(shí)現(xiàn)了絕對(duì)值轉(zhuǎn)換的任務(wù)。 因在反饋電阻R14的兩端并聯(lián)了電容C7，使得輸出信號(hào)為輸入信號(hào)的平均值。 信號(hào)流程由C4偶合輸出的信號(hào)經(jīng)R9加到IC1B第6腳—當(dāng)Vin為正時(shí)，D2-l 導(dǎo)通，D2-2截止，信號(hào)經(jīng)Rll加到IC1D的反相輸入端，則輸出為正—當(dāng)Vin 為負(fù)時(shí)，D2-l截止，D2-2導(dǎo)通，由R12、 R14、 IC1D構(gòu)成的反相放大電路，其 輸出亦為正—無(wú)論輸入信號(hào)的電壓極性如何，其輸出總是正極性，實(shí)現(xiàn)了絕對(duì) 值轉(zhuǎn)換的任務(wù)—由IC1D第14腳輸出到比較器電路。
如圖11所示，電壓比較器是運(yùn)算放大器非線性應(yīng)用電路，它將一個(gè)模擬量 電壓信號(hào)和一個(gè)參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍 變，相應(yīng)輸出高電平或低電平。由附圖6所示，當(dāng)Vin〈U3時(shí)，IC2A第1腳輸 出高電平，D3-l和D3-2截止；當(dāng)Vin〉U3時(shí)，IC2A第1腳輸出低電平，D3-l和D3-2導(dǎo)通，這個(gè)低電平信號(hào)送入單片機(jī)的第28腳。因?yàn)樗邮盏幕夭ㄊ钦?弦波的模擬信號(hào)，經(jīng)接收電路對(duì)回波信號(hào)的處理之后加到比較器電路的輸入端， 在比較器的輸出端得到低電平信號(hào)，這個(gè)信號(hào)送入單片機(jī)的第28腳，單片機(jī)發(fā) 出指令停止計(jì)數(shù)，并計(jì)算出相應(yīng)的距離。信號(hào)流程由IC1D第14腳輸出信號(hào) 加到IC2A第2腳—與IC2A第3腳電位U3相比較—當(dāng)比較結(jié)果為低電平時(shí)— 這時(shí)D3-l和D3-2同時(shí)導(dǎo)通—信號(hào)送入單片機(jī)的第28腳—在單片機(jī)的控制下完 成測(cè)量任務(wù)并顯示出來(lái)。
超聲波在氣體中傳播速度，用聲速C來(lái)表示，聲速C與溫度有關(guān)系。如果 環(huán)溫度變化較大，就必須考慮溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題?？諝庵新曀貱與環(huán)境溫度T(。C) 的關(guān)系如下式C=331.45+ (0.607 xT)
式中，331.45m/s為0。C時(shí)聲速；T為環(huán)境溫度。
由上式可知，環(huán)境溫度每上升一度，聲速增加0.607m/s。
為提高系統(tǒng)的測(cè)量精度，電路中設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償措施，由數(shù)字溫度計(jì) DS1820來(lái)完成溫度的采集；DS1820是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司推出的單線串 行數(shù)字溫度計(jì)，可直接與單片機(jī)連接，接線簡(jiǎn)潔，測(cè)量范圍為-55匸~+125°C, 在-10。C +85。C范圍內(nèi)測(cè)量精度為0.5°C;傳感器輸出的是用9位二進(jìn)制編碼表 示的溫度值。根據(jù)實(shí)際的環(huán)境溫度值，可用上式計(jì)算補(bǔ)償聲速。信號(hào)流程單 線串行數(shù)字溫度計(jì)DS1820將環(huán)境溫度值從它的第2腳輸出—直接加到單片機(jī) 的第15腳—在單片機(jī)的控制下，完成溫度補(bǔ)償工作。
權(quán)利要求1、一種超聲波線纜測(cè)高儀，包括由前殼(5)和后殼(6)扣合形成的殼體，其特征在于所述殼體內(nèi)設(shè)有LPC932單片機(jī)(7)，前殼(5)頭部具有喇叭狀開(kāi)口(1)，后殼(6)上部具有與前殼(5)頭部相對(duì)應(yīng)的形狀以容納前殼(5)頭部；LPC932單片機(jī)(7)正面設(shè)有顯示器(2)、三個(gè)控制按鈕(3)和兩個(gè)功能開(kāi)關(guān)(4)，LPC932單片機(jī)(7)背面下部設(shè)有接電源彈性金屬片(8)以連接電池電源的正負(fù)極；LPC932單片機(jī)(7)上設(shè)有整形放大、發(fā)射電路、接收放大電路、帶通濾波器、自動(dòng)增益控制電路、絕對(duì)值電路、比較器電路、環(huán)境溫度采集電路、存儲(chǔ)電路、超聲波換能器及顯示電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種超聲波線纜測(cè)高儀，包括由前殼和后殼扣合形成的殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有LPC932單片機(jī)，前殼頭部具有喇叭狀開(kāi)口，后殼上部具有與前殼頭部相對(duì)應(yīng)的形狀；LPC932單片機(jī)正面設(shè)有顯示器、三個(gè)控制按鈕和兩個(gè)功能開(kāi)關(guān)，LPC932單片機(jī)背面下部設(shè)有接電源彈性金屬片；LPC932單片機(jī)上設(shè)有整形放大、發(fā)射電路、接收放大電路、帶通濾波器、自動(dòng)增益控制(AGC)電路、絕對(duì)值電路、比較器電路、環(huán)境溫度采集電路、存儲(chǔ)電路、超聲波換能器、顯示電路。本實(shí)用新型有益效果為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易受光線、煙霧、電磁波的干擾；測(cè)量方便，容易對(duì)準(zhǔn)線纜位置及觀看測(cè)量結(jié)果；測(cè)量線纜與線纜之間距離。
文檔編號(hào)G01S15/00GK201247317SQ20082013202
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者王學(xué)忠 申請(qǐng)人:王學(xué)忠