可調(diào)幅值信號發(fā)射系統(tǒng)在煤泥密度計(jì)中的應(yīng)用

李勇

摘要：

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

關(guān)鍵詞：

可調(diào)幅值;信號發(fā)射;煤泥;密度計(jì)

中圖分類號：

P631

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0067-01

引言：為解決現(xiàn)有市場上洗煤行業(yè)密度檢測產(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)幅值信號發(fā)射系統(tǒng)的新型超聲波煤泥密度計(jì)，可檢測低密度、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)，模擬開關(guān)電阻會升高，這會影響一些特定性能規(guī)范值。該芯片可以實(shí)現(xiàn)為相對于數(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，通過不同SPI串行接口分別控制信號發(fā)生芯片和可編程數(shù)字電位器。在信號輸出端提供24V電源，將24v電壓通過加入可編程數(shù)字電位器的接線端A和抽頭端W處理后，通過柵極管實(shí)現(xiàn)信號與電壓的控制。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，則可以在WLAT信號為低電平的整段時(shí)間內(nèi)更新抽頭。當(dāng)WLAT信號變?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)場中多為細(xì)粒度、低濃度的懸浮液濃度檢測，煤泥密度計(jì)的設(shè)計(jì)通常會選用更高的頻率來作為檢測信號，根據(jù)國內(nèi)、外相關(guān)的研究報(bào)告來看，常用的頻率范圍在1MHz～3MHz。高檢測頻率通過信號發(fā)射系統(tǒng)輸出后，會讓超聲波衰減值對應(yīng)的密度斜率不同，不同斜率對應(yīng)的分辨率不同，為了不引起檢測區(qū)間變小、更易受干擾等影響，將信號幅值變?yōu)榭烧{(diào)模式，讓其隨著衰減的變化而變化，讓不同衰減都能對應(yīng)最佳的分辨率。

與此同時(shí)，可調(diào)幅值信號發(fā)射系統(tǒng)讓回波信號的幅值也在隨著衰減變化，通過對數(shù)放大器將信號壓縮來追求超大的信號動態(tài)范圍，煤泥水方面，其低衰減率意味可采用信號差分放大器來提升衰減量分辨率，同時(shí)更換不同的測量間距，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結(jié)果，含大顆粒的粗煤泥水等介質(zhì)特性的存在，對密度的檢測難度提升，對煤泥密度計(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)幅值信號發(fā)射系統(tǒng)，大大提升了檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提升測量精度和檢測范圍。該超聲波煤泥密度計(jì)已在選煤廠完成測試，檢測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期效果。

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