李勇

摘要：

本文介紹了一種可控發(fā)射信號(hào)幅值的系統(tǒng)，采用STM32作為可調(diào)幅值系統(tǒng)的主控芯片，用來(lái)控制MCP41系列芯片輸出可變電壓，可變電壓通過(guò)柵極管連接到發(fā)射信號(hào)電路中實(shí)現(xiàn)發(fā)射信號(hào)幅值的改變，將該信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)用于超聲波煤泥密度計(jì)中提高了產(chǎn)品檢測(cè)精度和應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：

可調(diào)幅值;信號(hào)發(fā)射;煤泥;密度計(jì)

中圖分類號(hào)：

P631

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

A

文章編號(hào)：

1672-9129（2020）15-0067-01

引言：為解決現(xiàn)有市場(chǎng)上洗煤行業(yè)密度檢測(cè)產(chǎn)品存在的精度低、不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，研究一款帶有可調(diào)幅值信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)的新型超聲波煤泥密度計(jì)，可檢測(cè)低密度、低衰減率的煤泥水類懸浮液，滿足選洗煤廠的重介質(zhì)液、煤泥水、尾煤泥水等懸浮液的在線密度檢測(cè)需求。

1數(shù)字電位器MCP41介紹

MCP41HVX1系列芯片為帶SPI串行接口和易失性存儲(chǔ)器的單路數(shù)字電位器，具有雙電源軌（模擬和數(shù)字）。模擬電源軌提供電阻網(wǎng)絡(luò)接線端引腳上的高電壓。最大模擬電壓為+36V，而工作模擬輸出最小規(guī)范值則規(guī)定為10V或20V。當(dāng)模擬供電電壓減小時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)電阻會(huì)升高，這會(huì)影響一些特定性能規(guī)范值。該芯片可以實(shí)現(xiàn)為相對(duì)于數(shù)字邏輯地的雙電源軌，同時(shí)還具有寫鎖存（WLAT）功能，它可以禁止使用接收到的數(shù)據(jù)更新（鎖存）易失性抽頭寄存器，直到引腳WLAT變?yōu)榈碗娖綖橹?。這樣在編程時(shí)可以指定用于更新易失性抽頭寄存器的條件。

2可調(diào)幅值信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用STM32作為可調(diào)幅值系統(tǒng)的主控芯片，通過(guò)不同SPI串行接口分別控制信號(hào)發(fā)生芯片和可編程數(shù)字電位器。在信號(hào)輸出端提供24V電源，將24v電壓通過(guò)加入可編程數(shù)字電位器的接線端A和抽頭端W處理后，通過(guò)柵極管實(shí)現(xiàn)信號(hào)與電壓的控制。MCP41系列芯片帶有抽頭鎖存功能，抽頭鎖存引腳用于控制何時(shí)將抽頭寄存器中的新抽頭值傳輸?shù)匠轭^中。對(duì)于需要同步抽頭更新的應(yīng)用程序，這非常有用。這可以用于與外部事件進(jìn)行同步或同步多個(gè)數(shù)字電位器的更新。當(dāng)WLAT引腳為高電平時(shí)，將禁止從抽頭寄存器向抽頭進(jìn)行傳輸。當(dāng)WLAT引腳為低電平時(shí)，可以從抽頭寄存器向抽頭進(jìn)行傳輸。如果外部事件的交越時(shí)間很長(zhǎng)，則可以在WLAT信號(hào)為低電平的整段時(shí)間內(nèi)更新抽頭。當(dāng)WLAT信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，將立即禁止從抽頭寄存器進(jìn)行傳輸。抽頭寄存器可以繼續(xù)進(jìn)行更新。只有CS引腳用于使能/禁止串行命令。如果應(yīng)用程序不需要同步抽頭寄存器更新，則應(yīng)將WLAT引腳連接為低電平?？烧{(diào)幅值信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)為配合抽頭鎖存功能，將STM32的SPI配置為非TI模式控制MCP41芯片的時(shí)序。

3煤泥密度計(jì)中的應(yīng)用

洗煤現(xiàn)場(chǎng)中多為細(xì)粒度、低濃度的懸浮液濃度檢測(cè)，煤泥密度計(jì)的設(shè)計(jì)通常會(huì)選用更高的頻率來(lái)作為檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)國(guó)內(nèi)、外相關(guān)的研究報(bào)告來(lái)看，常用的頻率范圍在1MHz～3MHz。高檢測(cè)頻率通過(guò)信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)輸出后，會(huì)讓超聲波衰減值對(duì)應(yīng)的密度斜率不同，不同斜率對(duì)應(yīng)的分辨率不同，為了不引起檢測(cè)區(qū)間變小、更易受干擾等影響，將信號(hào)幅值變?yōu)榭烧{(diào)模式，讓其隨著衰減的變化而變化，讓不同衰減都能對(duì)應(yīng)最佳的分辨率。

與此同時(shí)，可調(diào)幅值信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)讓回波信號(hào)的幅值也在隨著衰減變化，通過(guò)對(duì)數(shù)放大器將信號(hào)壓縮來(lái)追求超大的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍，煤泥水方面，其低衰減率意味可采用信號(hào)差分放大器來(lái)提升衰減量分辨率，同時(shí)更換不同的測(cè)量間距，幫助煤泥密度計(jì)解決低衰減率、低密度差介質(zhì)的濃度檢測(cè)難題。

4結(jié)論

洗煤行業(yè)由于其煤泥水粒度細(xì)、與水密度差小，分辨率低，煤泥水中殘存重介質(zhì)的占比變化影響檢測(cè)結(jié)果，含大顆粒的粗煤泥水等介質(zhì)特性的存在，對(duì)密度的檢測(cè)難度提升，對(duì)煤泥密度計(jì)的設(shè)計(jì)要求加大。本文研究的煤泥密度計(jì)加入可調(diào)幅值信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)，大大提升了檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提升測(cè)量精度和檢測(cè)范圍。該超聲波煤泥密度計(jì)已在選煤廠完成測(cè)試，檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)：

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