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

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種放大電路，特別涉及一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路。

【背景技術】
[0002]渦街流量計是根據卡門(Karman)渦街原理研究生產的，主要用于工業(yè)管道介質流體的流量測量，如氣體、液體、蒸氣等多種介質。在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數的影響。無可動機械零件，因此可靠性高，維護量小。儀表參數能長期穩(wěn)定。渦街流量計采用壓電應力式傳感器，可靠性高，可在_20°C?+250°C的工作溫度范圍內工作。有模擬標準信號，也有數字脈沖信號輸出，容易與計算機等數字系統(tǒng)配套使用，是一種比較先進、理想的測量儀器。
[0003]前置放大電路是磁電式渦街流量計的最核心技術，它的性能決定了渦街流量計的性能，前置放大電路的每一級放大電路的匹配參數一般都是固定的，而根據輸入信號的不同，不能使得一級放大電路工作在最佳狀態(tài)，故信號經放大電路容易產生干擾，且可測信號頻率有限。
實用新型內容
[0004]為了克服可測信號頻率有限的不足，本實用新型提供一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路。
[0005]本實用新型所采用的技術方案是:一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其包括信號輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級放大電路，所述三級放大電路包括依次連接的第一級放大電路、第二級放大電路和第三級放大電路，在第二、第三級放大電路的負輸入端以及第二、第三級放大電路的負輸入端與輸出端之間均設有開關電路，所述開關電路由第一支路和第二支路并聯組成，所述第一支路由通過數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3與一個電容串聯組成，所述第二支路由通過數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2與另一個電容串聯組成。
[0006]所述數字信號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算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運算放大器UlD的正輸入端12經電阻R1、電容Cl與信號輸入端Pin連接，負輸入端13與輸出端14連接，輸出端14經電阻R3、R2與正輸入端12連接。
[0008]還包括基準電壓源，所述基準電壓源包括電阻RA/Rb和電容E1/E2，供電電壓經電阻RA、RB后接地，電容El與電阻RA并聯，電容E2與電阻RB并聯。
[0009]所述第一級放大電路包括一級運算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級運算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點連接，且經電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點連接，負輸入端9經電阻R5、電容C2與運算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經電阻R6與負輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯。
[0010]所述第二級放大電路包括二級運算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級運算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端6經電阻R7、電容C4與一級運算放大器UlC的輸出端8連接，輸出端5經電阻R8與負輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯；在電容C4兩端、電容C7兩端均并聯有開關電路。
[0011]所述第三級放大電路包括三級運算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rll,三級運算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端2經電阻R9、電容ClO與二級運算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經電阻RlO與負輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯，輸出端I經電阻RlI輸出信號，作為放大電路輸出端Pout ;在電容ClO兩端、電容C13兩端均并聯有開關電路。
[0012]所述電容C2/E1/E2均為極性電容。
[0013]本實用新型的有益效果是:該用于渦街流量計的寬量程前置放大電路通過頻段控制電路改變輸出的數字信號Al、A2的高低電平狀態(tài)，來控制開關電路中的第一、第二支路的通斷，從而決定相應的電容是否接入第二、第三級放大電路中，最終對第二、第三級放大電路中的電容值進行調節(jié)，在保證信號準確度的情況下，使得可測信號頻率范圍擴大為原來的3倍。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型實施例作進一步說明:
[0021]如圖1、圖2和圖6所示，一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其包括信號輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級放大電路，所述三級放大電路包括依次連接的第一級放大電路、第二級放大電路和第三級放大電路，在第二、第三級放大電路的負輸入端以及第二、第三級放大電路的負輸入端與輸出端之間均設有開關電路，所述開關電路由第一支路I和第二支路2并聯組成，所述第一支路I由通過數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3與一個電容串聯組成，所述第二支路2由通過數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2與另一個電容串聯組成，所述數字信號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字信號Al、A2的高低電平狀態(tài)，來控制開關電路中的第一、第二支路的通斷，從而決定相應的電容是否接入第二、第三級放大電路中，最終對第二、第三級放大電路中的電容值進行調節(jié)，在保證信號準確度的情況下，使得可測信號頻率范圍擴大為原來的3倍。
[0022]還包括電壓跟隨器，所述電壓跟隨器包含運算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運算放大器UlD的正輸入端12經電阻R1、電容Cl與信號輸入端Pin連接，電阻Rl用于保護輸入端，電容Cl為稱合電容,將交流信號從前一級傳到下一級,負輸入端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接近I，輸出端14經電阻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，同時減小信號在前級的輸出電阻中的損耗。
[0023]還包括基準電壓源，所述基準電壓源包括電阻RA/RB和電容E1/E2，供電電壓+3V經電阻RA和RB后接地，電容El與電阻RA并聯，電容E2與電阻RB并聯，所述電容E1/E2均為極性電容，由電阻RA、RB對+3V的供電電壓進行分壓，恒定地給一級、二級、三級運算放大器的正輸入端提供+1.5V的輸入電壓。
[0024]所述第一級放大電路包括一級運算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級運算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點連接，且經電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點連接，負輸入端9經電阻R5、電容C2與運算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經電阻R6與負輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯，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進行耦合，得到信號中較穩(wěn)定的交流分量。
[0025]所述第二級放大電路包括二級運算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級運算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端6經電阻R7、電容C4與一級運算放大器UlC的輸出端8連接，電容C4為耦合電容，輸出端5經電阻R8與負輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯，電容C7為濾波電容；在電容C4兩端并聯第一開關電路，所述第一開關電路包括由數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3A、由數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2A和電容C5/C6，第一模擬開關U3A與電容C5串聯后，并聯在電容C4兩端，第二模擬開關U2A跟電容C6串聯后，并聯在電容C4兩端；在電容C7兩端并聯第二開關電路，所述第二開關電路包括由數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3B、由數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2B和電容C8/C9，第一模擬開關U3B與電容C8串聯后，并聯在電容C7兩端，第二模擬開關U2B跟電容C9串聯后，并聯在電容C7兩端。
[0026]所述第三級放大電路包括三級運算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rll,三級運算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端2經電阻R9、電容ClO與二級運算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經電阻RlO與負輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯，輸出端I經電阻Rll輸出信號Pout，作為放大電路信號輸出端Pout ；在電容ClO兩端并聯第三開關電路，所述第三開關電路包括由數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3C、由數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2C和電容C11/C12，第一模擬開關U3C與電容Cll串聯后，并聯在電容ClO兩端，第二模擬開關U2C跟電容C12串聯后，并聯在電容ClO兩端；電容C13兩端并聯第四開關電路，所述第四開關電路包括由數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3D、由數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2D和電容C14/C15，第一模擬開關U3D與電容C14串聯后，并聯在電容C13兩端，第二模擬開關U2D跟電容C15串聯后，并聯在電容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芯片是帶振蕩驅動的14級二進制分頻電路，根據需要從管腳Q4-Q14選擇所需頻率，本實用新型選用Q12-Q14 (即2Ηζ、4Ηζ、8Ηζ)作為標準頻率1，接D觸發(fā)器UlOB的管腳CLK，做時鐘信號，選用Q7-Q9 (即32取、64取、128取)作為標準頻率2，接0觸發(fā)器仍(^的管腳0^，做時鐘信號，以第一級運算放大器UlC的輸出端8的輸出信號作為分頻電路的信號源Port，分頻電路采用兩個二進制加法計數器U8A/U8B來對信號源Port進行分頻得到信號頻率I和信號頻率2，信號頻率I接D觸發(fā)器UlOB的管腳D和管腳S，信號頻率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進行比較判斷，輸出比較結果數字信號A1、A2。
[0028]輸出的數字信號Al、A2有以下三種情況:
[0029]第一種情況:信號頻率I小于標準頻率I時，Al輸出為高電平，A2輸出為高電平；
[0030]第二種情況:信號頻率I大于或等于標準頻率I，且信號頻率2小于標準頻率2時，Al輸出為低電平，A2輸出為高電平；
[0031]第三種情況:信號頻率2大于標準頻率2時，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U2、U3均接入第二、第三級放大電路中，此時電容C4/C5/C6并聯、電容C7/C8/C9并聯、電容C10/C11/C12并聯、電容C13/14/15并聯；
[0033]如圖4所示，第二種情況下，模擬開關U2接入第二、第三級放大電路中，U3不接入第二、第三級放大電路中，此時電容C4/ C6并聯、電容C7/ C9并聯、電容C1/ C12并聯、電容C13/15并聯；
[0034]如圖5所示，第三種情況下，模擬開關U2、U3均不接接入第二、第三級放大電路中，此時第二、第三級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，如此根據不同口徑的磁電式渦街流量計(即信號輸入端的初始信號頻率不同)，通過頻段控制電路控制數字信號Al、A2的高低電平狀態(tài)，改變接入第二、第三級放大電路的電容個數，使得對每一級電路進行匹配調整，使整個前置的工作在每一段范圍內都能達到最佳狀態(tài)，最終巧妙地實現了 “單個電路三種信號處理模式”。
[0036]以上結合附圖所描述的實施例僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，而并非對本實用新型的保護范圍的限定，任何基于本實用新型精神所做的改進都理應在本實用新型保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其包括信號輸入端Pin、放大電路輸出端Pout及連接在所述信號輸入端Pin與放大電路輸出端Pout之間的三級放大電路，其特征在于:所述三級放大電路包括依次連接的第一級放大電路、第二級放大電路和第三級放大電路，在第二、第三級放大電路的負輸入端以及第二、第三級放大電路的負輸入端與輸出端之間均設有開關電路，所述開關電路由第一支路(I)和第二支路(2)并聯組成，所述第一支路(I)由通過數字信號Al控制通斷的第一模擬開關U3與一個電容串聯組成，所述第二支路(2)由通過數字信號A2控制通斷的第二模擬開關U2與另一個電容串聯組成。
2.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述數字信號A1、A2由頻段控制電路輸出。
3.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計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算放大器U1D、電容Cl、電阻R1/R2/R3，運算放大器UlD的正輸入端12經電阻R1、電容Cl與信號輸入端Pin連接，負輸入端13與輸出端14連接，輸出端14經電阻R3、R2與正輸入端12連接。
4.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其特征在于:還包括基準電壓源，所述基準電壓源包括電阻RA/Rb和電容E1/E2，供電電壓經電阻RA、RB后接地，電容El與電阻RA并聯，電容E2與電阻RB并聯。
5.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第一級放大電路包括一級運算放大器U1C、電容C2/C3、電阻R4/R5/R6，一級運算放大器UlC的正輸入端10與電阻RA、RB的節(jié)點連接，且經電阻R4與電阻R2、R3的節(jié)點連接，負輸入端9經電阻R5、電容C2與運算放大器UlD的輸出端14連接，輸出端8經電阻R6與負輸入端9連接，電容C3與電阻R6并聯。
6.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第二級放大電路包括二級運算放大器U1B、電容C4/C7、電阻R7/R8，二級運算放大器UlB的正輸入端7與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端6經電阻R7、電容C4與一級運算放大器UlC的輸出端8連接，輸出端5經電阻R8與負輸入端6相連，電容C7與電阻R8并聯；在電容C4兩端、電容C7兩端均并聯有開關電路。
7.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計的寬量程前置放大電路，其特征在于:所述第三級放大電路包括三級運算放大器U1A、電容C10/C13、電阻R9/R10/ Rl I，三級運算放大器UlA的正輸入端3與電阻RA、RB的節(jié)點連接，負輸入端2經電阻R9、電容ClO與二級運算放大器UlB的輸出端5相連，輸出端I經電阻RlO與負輸入端2相連，電容C13與電阻RlO并聯，輸出端I經電阻Rll輸出信號，作為放大電路輸出端Pout ;在電容ClO兩端、電容C13兩端均并聯有開關電路。
8.根據權利要求1所述的一種用于渦街流量計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】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