用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，解決了可測信號(hào)頻率有限的問題，其包括信號(hào)輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號(hào)輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級(jí)放大電路，其特征在于：所述三級(jí)放大電路包括依次連接的第一級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路，在第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端以及第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端與輸出端之間均設(shè)有開關(guān)電路，通過頻段控制電路改變輸出的數(shù)字信號(hào)A1、A2的高低電平狀態(tài)，來控制開關(guān)電路中的通斷，從而決定相應(yīng)的電容是否接入第二、第三級(jí)放大電路中，最終對第二、第三級(jí)放大電路中的電容值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在保證信號(hào)準(zhǔn)確度的情況下，使得可測信號(hào)頻率范圍擴(kuò)大為原來的3倍。
【專利說明】用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種放大電路，特別涉及一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路。

【背景技術(shù)】
[0002]渦街流量計(jì)是根據(jù)卡門(Karman)渦街原理研究生產(chǎn)的，主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。在測量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高，維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器，可靠性高，可在_20°C?+250°C的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進(jìn)、理想的測量儀器。
[0003]前置放大電路是磁電式渦街流量計(jì)的最核心技術(shù)，它的性能決定了渦街流量計(jì)的性能，前置放大電路的每一級(jí)放大電路的匹配參數(shù)一般都是固定的，而根據(jù)輸入信號(hào)的不同，不能使得一級(jí)放大電路工作在最佳狀態(tài)，故信號(hào)經(jīng)放大電路容易產(chǎn)生干擾，且可測信號(hào)頻率有限。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服可測信號(hào)頻率有限的不足，本實(shí)用新型提供一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其包括信號(hào)輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號(hào)輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級(jí)放大電路，所述三級(jí)放大電路包括依次連接的第一級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路，在第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端以及第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端與輸出端之間均設(shè)有開關(guān)電路，所述開關(guān)電路由第一支路和第二支路并聯(lián)組成，所述第一支路由通過數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3與一個(gè)電容串聯(lián)組成，所述第二支路由通過數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2與另一個(gè)電容串聯(lián)組成。
[0006]所述數(shù)字信號(hào)A1、A2由頻段控制電路輸出。
[0007]還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器包含運(yùn)算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運(yùn)算放大器UlD的正輸入端12經(jīng)電阻R1、電容Cl與信號(hào)輸入端Pin連接，負(fù)輸入端13與輸出端14連接，輸出端14經(jīng)電阻R3、R2與正輸入端12連接。
[0008]還包括基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源包括電阻RA/Rb和電容E1/E2，供電電壓經(jīng)電阻RA、RB后接地，電容El與電阻RA并聯(lián)，電容E2與電阻RB并聯(lián)。
[0009]所述第一級(jí)放大電路包括一級(jí)運(yùn)算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，且經(jīng)電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端9經(jīng)電阻R5、電容C2與運(yùn)算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經(jīng)電阻R6與負(fù)輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯(lián)。
[0010]所述第二級(jí)放大電路包括二級(jí)運(yùn)算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端6經(jīng)電阻R7、電容C4與一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的輸出端8連接，輸出端5經(jīng)電阻R8與負(fù)輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯(lián)；在電容C4兩端、電容C7兩端均并聯(lián)有開關(guān)電路。
[0011]所述第三級(jí)放大電路包括三級(jí)運(yùn)算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rll,三級(jí)運(yùn)算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端2經(jīng)電阻R9、電容ClO與二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經(jīng)電阻RlO與負(fù)輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯(lián)，輸出端I經(jīng)電阻RlI輸出信號(hào)，作為放大電路輸出端Pout ;在電容ClO兩端、電容C13兩端均并聯(lián)有開關(guān)電路。
[0012]所述電容C2/E1/E2均為極性電容。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:該用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路通過頻段控制電路改變輸出的數(shù)字信號(hào)Al、A2的高低電平狀態(tài)，來控制開關(guān)電路中的第一、第二支路的通斷，從而決定相應(yīng)的電容是否接入第二、第三級(jí)放大電路中，最終對第二、第三級(jí)放大電路中的電容值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在保證信號(hào)準(zhǔn)確度的情況下，使得可測信號(hào)頻率范圍擴(kuò)大為原來的3倍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的三級(jí)放大電路圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型頻段控制電路。
[0016]圖3是本實(shí)用新型數(shù)字信號(hào)Al、A2高電平下的三級(jí)放大電路圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型數(shù)字信號(hào)Al低電平、A2高電平下的三級(jí)放大電路圖。
[0018]圖5是本實(shí)用新型數(shù)字信號(hào)Al、A2低電平下的三級(jí)放大電路圖。
[0019]圖6是本實(shí)用新型開關(guān)電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
[0021]如圖1、圖2和圖6所示，一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其包括信號(hào)輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號(hào)輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級(jí)放大電路，所述三級(jí)放大電路包括依次連接的第一級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路，在第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端以及第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端與輸出端之間均設(shè)有開關(guān)電路，所述開關(guān)電路由第一支路I和第二支路2并聯(lián)組成，所述第一支路I由通過數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3與一個(gè)電容串聯(lián)組成，所述第二支路2由通過數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2與另一個(gè)電容串聯(lián)組成，所述數(shù)字信號(hào)Al、A2由頻段控制電路輸出，通過頻段控制電路改變輸出的數(shù)字信號(hào)Al、A2的高低電平狀態(tài)，來控制開關(guān)電路中的第一、第二支路的通斷，從而決定相應(yīng)的電容是否接入第二、第三級(jí)放大電路中，最終對第二、第三級(jí)放大電路中的電容值進(jìn)行調(diào)節(jié)，在保證信號(hào)準(zhǔn)確度的情況下，使得可測信號(hào)頻率范圍擴(kuò)大為原來的3倍。
[0022]還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器包含運(yùn)算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運(yùn)算放大器UlD的正輸入端12經(jīng)電阻R1、電容Cl與信號(hào)輸入端Pin連接，電阻Rl用于保護(hù)輸入端，電容Cl為稱合電容,將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí),負(fù)輸入端13與輸出端14連接，輸出電壓與輸入電壓相同，使得電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)接近I，輸出端14經(jīng)電阻R3、R2與正輸入端12連接，提高輸入阻抗，使得輸入電容的容量可以大幅度減小，同時(shí)減小信號(hào)在前級(jí)的輸出電阻中的損耗。
[0023]還包括基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源包括電阻RA/RB和電容E1/E2，供電電壓+3V經(jīng)電阻RA和RB后接地，電容El與電阻RA并聯(lián)，電容E2與電阻RB并聯(lián)，所述電容E1/E2均為極性電容，由電阻RA、RB對+3V的供電電壓進(jìn)行分壓，恒定地給一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)運(yùn)算放大器的正輸入端提供+1.5V的輸入電壓。
[0024]所述第一級(jí)放大電路包括一級(jí)運(yùn)算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，且經(jīng)電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端9經(jīng)電阻R5、電容C2與運(yùn)算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經(jīng)電阻R6與負(fù)輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯(lián)，電容C3為濾波電容，所述電容C2為極性電容，用極性電容來對信號(hào)進(jìn)行耦合，得到信號(hào)中較穩(wěn)定的交流分量。
[0025]所述第二級(jí)放大電路包括二級(jí)運(yùn)算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端6經(jīng)電阻R7、電容C4與一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的輸出端8連接，電容C4為耦合電容，輸出端5經(jīng)電阻R8與負(fù)輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯(lián)，電容C7為濾波電容；在電容C4兩端并聯(lián)第一開關(guān)電路，所述第一開關(guān)電路包括由數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3A、由數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2A和電容C5/C6，第一模擬開關(guān)U3A與電容C5串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C4兩端，第二模擬開關(guān)U2A跟電容C6串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C4兩端；在電容C7兩端并聯(lián)第二開關(guān)電路，所述第二開關(guān)電路包括由數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3B、由數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2B和電容C8/C9，第一模擬開關(guān)U3B與電容C8串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C7兩端，第二模擬開關(guān)U2B跟電容C9串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C7兩端。
[0026]所述第三級(jí)放大電路包括三級(jí)運(yùn)算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rll,三級(jí)運(yùn)算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端2經(jīng)電阻R9、電容ClO與二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經(jīng)電阻RlO與負(fù)輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯(lián)，輸出端I經(jīng)電阻Rll輸出信號(hào)Pout，作為放大電路信號(hào)輸出端Pout ；在電容ClO兩端并聯(lián)第三開關(guān)電路，所述第三開關(guān)電路包括由數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3C、由數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2C和電容C11/C12，第一模擬開關(guān)U3C與電容Cll串聯(lián)后，并聯(lián)在電容ClO兩端，第二模擬開關(guān)U2C跟電容C12串聯(lián)后，并聯(lián)在電容ClO兩端；電容C13兩端并聯(lián)第四開關(guān)電路，所述第四開關(guān)電路包括由數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3D、由數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2D和電容C14/C15，第一模擬開關(guān)U3D與電容C14串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C13兩端，第二模擬開關(guān)U2D跟電容C15串聯(lián)后，并聯(lián)在電容C13兩端。
[0027]頻段控制電路包括CD4060芯片、分頻電路和D觸發(fā)器U10A/U10B，所述CD4060芯片是帶振蕩驅(qū)動(dòng)的14級(jí)二進(jìn)制分頻電路，根據(jù)需要從管腳Q4-Q14選擇所需頻率，本實(shí)用新型選用Q12-Q14 (即2Ηζ、4Ηζ、8Ηζ)作為標(biāo)準(zhǔn)頻率1，接D觸發(fā)器UlOB的管腳CLK，做時(shí)鐘信號(hào)，選用Q7-Q9 (即32取、64取、128取)作為標(biāo)準(zhǔn)頻率2，接0觸發(fā)器仍(^的管腳0^，做時(shí)鐘信號(hào)，以第一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的輸出端8的輸出信號(hào)作為分頻電路的信號(hào)源Port，分頻電路采用兩個(gè)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器U8A/U8B來對信號(hào)源Port進(jìn)行分頻得到信號(hào)頻率I和信號(hào)頻率2，信號(hào)頻率I接D觸發(fā)器UlOB的管腳D和管腳S，信號(hào)頻率2接D觸發(fā)器UlOA的管腳D和管腳S，在D觸發(fā)器U10A/U10B中，D和CLK進(jìn)行比較判斷，輸出比較結(jié)果數(shù)字信號(hào)A1、A2。
[0028]輸出的數(shù)字信號(hào)Al、A2有以下三種情況:
[0029]第一種情況:信號(hào)頻率I小于標(biāo)準(zhǔn)頻率I時(shí)，Al輸出為高電平，A2輸出為高電平；
[0030]第二種情況:信號(hào)頻率I大于或等于標(biāo)準(zhǔn)頻率I，且信號(hào)頻率2小于標(biāo)準(zhǔn)頻率2時(shí)，Al輸出為低電平，A2輸出為高電平；
[0031]第三種情況:信號(hào)頻率2大于標(biāo)準(zhǔn)頻率2時(shí)，Al輸出為低電平，A2輸出為低電平。
[0032]如圖3所示，第一種情況下，模擬開關(guān)U2、U3均接入第二、第三級(jí)放大電路中，此時(shí)電容C4/C5/C6并聯(lián)、電容C7/C8/C9并聯(lián)、電容C10/C11/C12并聯(lián)、電容C13/14/15并聯(lián)；
[0033]如圖4所示，第二種情況下，模擬開關(guān)U2接入第二、第三級(jí)放大電路中，U3不接入第二、第三級(jí)放大電路中，此時(shí)電容C4/ C6并聯(lián)、電容C7/ C9并聯(lián)、電容C1/ C12并聯(lián)、電容C13/15并聯(lián)；
[0034]如圖5所示，第三種情況下，模擬開關(guān)U2、U3均不接接入第二、第三級(jí)放大電路中，此時(shí)第二、第三級(jí)放大電路中只有電容C4、電容C7、電容10、電容C13。
[0035]由于電容越并電容值越大，如此根據(jù)不同口徑的磁電式渦街流量計(jì)(即信號(hào)輸入端的初始信號(hào)頻率不同)，通過頻段控制電路控制數(shù)字信號(hào)Al、A2的高低電平狀態(tài)，改變接入第二、第三級(jí)放大電路的電容個(gè)數(shù)，使得對每一級(jí)電路進(jìn)行匹配調(diào)整，使整個(gè)前置的工作在每一段范圍內(nèi)都能達(dá)到最佳狀態(tài)，最終巧妙地實(shí)現(xiàn)了 “單個(gè)電路三種信號(hào)處理模式”。
[0036]以上結(jié)合附圖所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而并非對本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的限定，任何基于本實(shí)用新型精神所做的改進(jìn)都理應(yīng)在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其包括信號(hào)輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號(hào)輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級(jí)放大電路，其特征在于:所述三級(jí)放大電路包括依次連接的第一級(jí)放大電路、第二級(jí)放大電路和第三級(jí)放大電路，在第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端以及第二、第三級(jí)放大電路的負(fù)輸入端與輸出端之間均設(shè)有開關(guān)電路，所述開關(guān)電路由第一支路(I)和第二支路(2)并聯(lián)組成，所述第一支路(I)由通過數(shù)字信號(hào)Al控制通斷的第一模擬開關(guān)U3與一個(gè)電容串聯(lián)組成，所述第二支路(2)由通過數(shù)字信號(hào)A2控制通斷的第二模擬開關(guān)U2與另一個(gè)電容串聯(lián)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述數(shù)字信號(hào)A1、A2由頻段控制電路輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器包含運(yùn)算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運(yùn)算放大器UlD的正輸入端12經(jīng)電阻R1、電容Cl與信號(hào)輸入端Pin連接，負(fù)輸入端13與輸出端14連接，輸出端14經(jīng)電阻R3、R2與正輸入端12連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:還包括基準(zhǔn)電壓源，所述基準(zhǔn)電壓源包括電阻RA/Rb和電容E1/E2，供電電壓經(jīng)電阻RA、RB后接地，電容El與電阻RA并聯(lián)，電容E2與電阻RB并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第一級(jí)放大電路包括一級(jí)運(yùn)算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，且經(jīng)電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端9經(jīng)電阻R5、電容C2與運(yùn)算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經(jīng)電阻R6與負(fù)輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第二級(jí)放大電路包括二級(jí)運(yùn)算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端6經(jīng)電阻R7、電容C4與一級(jí)運(yùn)算放大器UlC的輸出端8連接，輸出端5經(jīng)電阻R8與負(fù)輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯(lián)；在電容C4兩端、電容C7兩端均并聯(lián)有開關(guān)電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第三級(jí)放大電路包括三級(jí)運(yùn)算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rl I，三級(jí)運(yùn)算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點(diǎn)連接，負(fù)輸入端2經(jīng)電阻R9、電容ClO與二級(jí)運(yùn)算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經(jīng)電阻RlO與負(fù)輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯(lián)，輸出端I經(jīng)電阻Rll輸出信號(hào)，作為放大電路輸出端Pout ;在電容ClO兩端、電容C13兩端均并聯(lián)有開關(guān)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于渦街流量計(jì)的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述電容C2/E1/E2均為極性電容。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK204013418SQ201420334654
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】黃科, 董如凱, 范叔鬮 申請人:蒼南華宇科技開發(fā)有限公司