一种超声波结冰探测电路

技术领域

本发明属于防除冰技术领域，涉及一种超声波结冰探测电路。

背景技术

在现代飞行器技术中，飞机结冰问题一直是飞行安全的重要影响因素，随着飞行器技术的发展，新型的飞机对速度和特性能都有了更高的需求，这些都对气动外形提出了更高的要求，老式的结冰探测装置包括谐振式、光纤式、阻抗式都是通过将敏感部件伸出机体外部来探测飞机是否结冰，不能满足新型飞机要求，超声波结冰探测电路能在飞机遇到结冰层时，及时地给机组人员提供告警信号，并通过总线输出将数据传送给防除冰组件，而且由于超声波结冰探测部分可以与飞机表面平齐安装，不会对飞机的气动外形有影响，也保证了飞行器性能。

发明内容

技术方案

为了满足现代飞行器性能的要求，本发明提供了一种超声波结冰探测电路。

一种的超声波结冰探测装置，其包括：DSP、发射电路、收发隔离电路、接收电路、电源模块及总线输出组成。所述发射电路，由激发电路和调谐匹配电路组成。所述接收电路，由前置放大电路、高速ADC、时钟控制电路和高速存储电路组成。

所述DSP产生占空比可调的同步控制脉冲方波信号,它控制激发电路中激发脉冲的重复周期，并向高速ADC和高速存储器发送控制信号，同时接收高速存储器发送的数据。

所述激发电路采用窄脉冲激发方式，通过电感或电容快速放电产生尖锐的高压脉冲信号来激励超声波换能器以发射超声波。

所述调谐匹配电路保证发射电路输出的功率能高效率的传输给超声波换能器。

所述隔离电路使高压激励脉冲不能通过或将其幅度限制在很小的范围内,避免接收电路被高压激励脉冲所击毁，而允许回波信号几乎无衰减地通过，发送给接收电路。

所述前置放大电路可以将回波信号的模拟地与后面数字地有效分开，减少信号干扰，并将处理后的信号发送给高速ADC。

所述时钟控制电路主要提供并行A/D采样时钟，发送给高速ADC。

所述高速ADC是利用多片低采样率的A/D转换器并行工作实现高采样率，

并将采样信息发送给高速缓存电路。

所述高速缓存电路将采样到的信号数据读取后，存入DSP内部的存储器中。

所述电源模块产生相关器件所需的5V、±15V、3.3V电压，给电路供电。

所述的总线输出使用422接口，通讯距离长，抗干扰能力强。

技术效果

本发明提出的超声波结冰探测电路，通过与飞机表面平齐安装的超声波结冰探测部分，相对于伸出飞机表面安装的普通结冰探测装置，提高了对各种不

同机型和环境的适应性，且不会对飞机的气动外形产生影响，也保证了飞机的性能；超声波结冰探测控制部分则安装在飞机内部，受飞机外部环境影响较小。

针对目前迅速发展的飞行器，本发明具备普通结冰探测装置没有的特性能力，且满足新一代飞行器的要求。此外，超声波电路还可应用于水下定位、地下资源勘查和超声波探伤等方向，超声波可应用于工程学、诊断学、治疗学、生物学等领域。

附图说明

图1为本发明的系统总体框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种超声波结冰探测电路，DSP产生同步控制脉冲方波信号，然后由发射电路产生高压窄脉冲信号，激发超声波换能器发射超声波，接收电路对超声波换能器接收回波后产生的微弱电信号进行处理分析，超声波发射后，超声波接收电路就会接收到第一次回波信号，发射信号透过冰层反射一次，超声波接收电路就会接收到第二次回波信号，根据接收到的两次超声波反射信号，通过处理就可得到超声波在冰中的传播而产生的发射和接收的时间延迟。

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图对本发明的技术方案进行更加详细的描述。

针对现阶段新型飞机对于性能的要求提高，设计了一种超声波结冰探测电路，上述超声波结冰探测电路由DSP、发射电路、收发隔离电路、接收电路、电源模块及总线输出组成。请参阅图1，所述发射电路，由激发电路和调谐匹配电路组成。所述接收电路，由前置放大电路、高速ADC、时钟控制电路和高速存储电路组成。

所述DSP产生占空比可调的同步控制脉冲方波信号,它控制激发电路中激发脉冲的重复周期，并向高速ADC和高速存储器发送控制信号，同时接收高速存储器发送的数据。

所述激发电路采用窄脉冲激发方式，窄脉冲发射对缩小盲带、提高探测精度具有重要意义。通过电感或电容快速放电产生尖锐的高压脉冲信号来激励超声波换能器以发射超声波。

所述调谐匹配电路保证发射电路输出的功率能高效率的传输给超声波换能器。从换能器的发射效率考虑，超声波辐射至发射阻抗的能量，只有串联阻抗为零时才最大,最佳工作频率是换能器的串联谐振频率。换能器本身的静态电容C和附加电感L并联调谐于换能器的谐振频率，电路匹配后,通过调节可调电阻R，就能调节发射强度及发射宽。

所述隔离电路使高压激励脉冲不能通过或将其幅度限制在很小的范围内,避免接收电路被高压激励脉冲所击毁，而允许回波信号几乎无衰减地通过，由于发射电路和接收电路与换能器并联，因此必须加入收发隔离电路，实现发射和接收的隔离。

所述前置放大电路是采用差分放大电路，可以将回波信号的模拟地与后面数字地有效分开，减少信号干扰。

所述时钟控制电路主要提供并行A/D采样时钟，时钟频率可以通过对并口或串口编程来调节输出时钟频率。

所述高速ADC是利用多片低采样率的A/D转换器并行工作实现高采样率，有两种方式：一种是采用延迟线的方式，另一种是采用时间并行交替采样的方式。所谓延迟线的方式，是指将输入信号直接送入系统的一个通道，同时，输入信号经延迟线后依次进入另外的(N－1)通道，信号进入每个通道的延迟时间为A/D转换器采样周期T的1/N，各通道A/D的采样时钟相同，将得到的数据进行重组，这样就提高了系统的采样率。但是对输入信号做精确延时比较困难，特别在通道非常多的情况下，因此，目前主要采用并行时间交替采样的方式。并行时间交替采样，是指将输入信号同时送到多个通道，A/D转换器按各自的采样时钟工作，整个系统的采样率为多片A/D采样率的总和。

所述高速缓存电路将采样到的信号数据读取后，存入DSP内部的存储器中采样速度有多高，存储的速度就要求有多快，否则将丢失信号的信息，可采用4片FIFO分时存储电路来降低成本，同时兼顾存储速度。

所述电源模块将28V电压通过EMI穿心电容滤波器进行滤波，滤波后28V经过各种稳压模块或三端稳压器，用以提供相关器件所需的5V、±15V、3.3V电压，产生的上述电源还需加相应的电容除去纹波，增加抗干扰能力。

所述的总线输出使用422接口，通讯距离长，抗干扰能力强。

综上，一种超声波结冰探测电路是根据所检测的超声波回波信号判断飞机所处的结冰环境以及飞机的结冰状况，通过软件处理输出结冰厚度信号，并输出相应的告警信号。当飞机表面结冰时，超声波在冰界面和空气界面会被反射，利用超声波脉冲回波原理解算冰厚。超声波在冰中传播速度v≈3800m/s，只要测出两个回波信号的时间延迟Δt，就可以求出冰的厚度H＝v·Δt/2。本发明中结冰探测部分可以实现与飞机表面平齐安装,保证了飞机的气动外形及特性。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。