一种基于超声波信号的发射放大电路以及超声波探测设备的制作方法
本技术涉及物联网，特别是涉及一种基于超声波信号的发射放大电路以及超声波探测设备。
背景技术：
1、物联网技术是指将各种物理设备（如传感器、执行器、智能设备等）通过互联网连接起来，实现设备之间的通信和数据交换，从而实现设备之间的智能互联和远程控制。物联网技术在各个领域都有着广泛的应用，包括智能家居、智能城市、工业自动化、农业、健康医疗等领域。物联网技术的核心包括以下几个方面：传感器技术；通信技术；数据处理和存储技术；云计算和大数据技术；安全和隐私保护技术。总的来说，物联网技术是一门综合性的技术，涉及传感器技术、通信技术、数据处理和存储技术、云计算和大数据技术、安全和隐私保护技术等多个领域。随着物联网技术的不断发展和应用，将会在各个领域带来更多的创新和便利。
2、超声波传感器是一种利用超声波原理进行测距和检测的传感器。它通过发射超声波脉冲并接收反射回来的超声波信号，从而计算出物体与传感器之间的距离。超声波传感器通常由超声波发射器、接收器和控制电路组成。超声波传感器在物联网、智能家居、智能制造、智能交通等领域有广泛的应用，常用于距离测量、障碍检测、水位监测、物体识别等功能。随着物联网技术的不断发展和应用，超声波传感器将在更多领域发挥重要作用，为智能化和自动化系统提供关键支持。
3、相关技术中，超声波传感器的工作原理是利用超声波在空气中传播的特性。当超声波发射器发出超声波脉冲后，超声波在空气中传播，当遇到物体时，部分超声波被物体反射回来，被接收器接收。通过测量超声波发射和接收的时间间隔，可以计算出物体与传感器之间的距离。
4、然而，上述的超声波技术的应用存在如下的技术问题：
5、为了便于产品的集成，通常将超声波芯片集成至系统电路中，但芯片整体功率有限，导致超声波信号的测量范围受限。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够使得超声波芯片的探测范围增大，提高超声波信号的稳定性的一种基于超声波信号的发射放大电路。
2、第一方面，本技术提供了一种基于超声波信号的发射放大电路，所述发射放大电路包括：
3、信号产生模块，用于输出初始状态的超声波激发信号；
4、信号放大模块，与所述信号产生模块连接，用于基于预设的增益对所述信号产生模块输出的所述超声波激发信号进行功率放大处理；
5、换能模块，用于接收经过功率放大处理的所述超声波激发信号，并将所述超声波激发信号由电能转换为相对应的超声波；
6、驱动控制模块，与所述信号产生模块以及所述信号放大模块均连接，用于控制所述信号产生模块生成符合预设参数的所述超声波激发信号，还用于控制所述信号放大模块的功率增益系数。
7、在其中一个实施例中，所述信号放大模块包括：
8、输入处理单元，用于对输入所述信号放大单元的所述超声波激发信号进行放大以及相位分离处理；
9、输出处理单元，与所述输入处理单元连接，用于对接收自所述输入处理单元的信号进行放大和输出；
10、驱动单元，与所述输入处理单元以及所述输出处理单元均连接，所述驱动单元还与所述驱动控制模块连接，所述驱动单元受控于所述驱动控制模块，用于控制所述输出处理单元的功率晶体管的开关状态。
11、在其中一个实施例中，所述输出处理单元包括：
12、第一功率晶体管以及第二功率晶体管，所述第一功率晶体管与所述第二功率晶体管的输出级互补，所述第一功率晶体管以及所述第二功率晶体管分别连接于所述输出处理单元的正负极，用于基于互补的输出级实现所述输出处理单元中信号的功率推挽放大。
13、在其中一个实施例中，所述第一功率晶体管为npn型功率晶体管，所述第二功率晶体管为pnp型功率晶体管。
14、在其中一个实施例中，所述发射放大电路还包括：
15、供能模块，与所述发射放大电路中的用能模块均连接，所述供能模块为多路输出的电源模块，所述供能模块用于对所述信号放大模块进行独立的供能驱动；
16、所述供能模块包括电源滤波单元以及电源稳压单元；
17、所述电源滤波单元，用于对所述供能模块的输出信号进行滤波处理；
18、所述电源稳压单元，用于对所述供能模块的输出信号进行稳压处理。
19、在其中一个实施例中，所述发射放大电路还包括：
20、保护模块，用于对所述发射放大电路中的器件进行保护，所述保护模块连接于所述发射放大电路的动态节点，所述动态节点为电参数可变的电路节点，所述保护模块包括过流保护单元、过热保护单元以及短路保护单元。
21、在其中一个实施例中，所述发射放大电路还包括：
22、接收反馈模块，与超声波接收器连接，用于监测所述超声波接收器的接收状态，所述驱动控制模块还用于根据所述接收状态调节所述信号放大模块的功率增益系数。
23、在其中一个实施例中，所述换能模块包括换能晶片，所述驱动控制模块还用于根据所述功率增益系数、所述超声波激发信号以及所述换能晶片的设备参数对所述发射放大电路的探测距离进行预判。
24、第二方面，本技术实施例提供了一种基于超声波信号的发射放大电路的控制方法，所述方法应用于如第一方面中任意一项所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，所述方法包括以下步骤：
25、响应于超声波接收器接收到的超声波反射信号，对所述超声波反射信号进行解码分析；
26、根据所述解码分析结果，确定所述超声波接收器的接收状态；
27、若所述接收状态为异常，则判定超声波发射器的功率不足；
28、根据预设的功率增益分级，选取逐级递增的功率增益系数以控制所述发射放大电路实现超声波信号的放大处理，直至所述接收状态转为正常。
29、第三方面，本技术实施例提供了一种超声波探测设备，包括根据第一方面中任一项所述的一种基于超声波信号的发射放大电路。
30、上述一种基于超声波信号的发射放大电路，通过权利要求中的技术特征进行推导，能够达到对应背景技术中提出的技术问题的如下的如下有益效果：
31、（1）、本技术提供的一种基于超声波信号的发射放大电路，主要包括信号产生模块，信号放大模块，换能模块以及驱动控制模块，驱动控制模块控制上述三个模块，通过信号产生模块输出初始状态的超声波激发信号，通过信号放大模块来基于预设的增益对信号产生模块输出的超声波激发信号进行功率放大处理，随后换能模块接收经过功率放大处理的超声波激发信号，并将其由电能转换为机械能，形成超声波发出。本实施例中，在超声波芯片有限的初始功率下，通过设置信号放大模块，对超声波激发信号进行放大处理，使得最终输出的超声波信号与放大后的超声波激发信号相匹配，提高了超声波信号的功率，从而增大了超声波信号的探测范围，通过对激发信号的处理，也使得换能模块得以精确地跟随放大后的超声波激发信号输出超声波信号，从而提高了超声波信号的稳定性；
32、（2）、信号放大模块中包括输入处理单元、输出处理单元以及驱动单元，从而得以对接收到的超声波激发信号进行放大处理以及相位分离处理，随后通过输出处理单元对输入处理单元输出的信号进行放大和输出，形成了两级功率放大处理的电路架构，有助于提高超声波信号的探测范围。输出处理单元包括输出级互补的第一功率晶体管以及第二功率晶体管，有助于通过两个功率晶体管实现互相推挽工作，各自实现正负半周的信号放大和输出，最终提高超声波信号的功率放大需求，同时降低了系统的整体功耗，降低交叉失真。
33、（3）、通过对超声波接收器进行监测，确定超时接收器的接收状态，从而根据接收状态实现功率增益系数的控制，有助于提高超声波发射放大电路的应用灵活度。
技术特征：
1.一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述发射放大电路包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述信号放大模块包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述输出处理单元包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述第一功率晶体管为npn型功率晶体管，所述第二功率晶体管为pnp型功率晶体管。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述发射放大电路还包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述发射放大电路还包括：
7.根据权利要求1所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述发射放大电路还包括：
8.根据权利要求1所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，其特征在于，所述换能模块包括换能晶片，所述驱动控制模块还用于根据所述功率增益系数、所述超声波激发信号以及所述换能晶片的设备参数对所述发射放大电路的探测距离进行预判。
9.一种基于超声波信号的发射放大电路的控制方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1至8中任意一项所述的一种基于超声波信号的发射放大电路，所述方法包括以下步骤：
10.一种超声波探测设备，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于超声波信号的发射放大电路。
技术总结
本申请涉及物联网技术领域，特别是涉及一种基于超声波信号的发射放大电路以及超声波探测设备。所述发射放大电路包括：信号产生模块，用于输出初始状态的超声波激发信号；信号放大模块，与信号产生模块连接，用于基于预设的增益对信号产生模块输出的超声波激发信号进行功率放大处理；换能模块，用于接收经过功率放大处理的超声波激发信号，并将超声波激发信号由电能转换为相对应的超声波；驱动控制模块，与信号产生模块以及信号放大模块均连接，用于控制信号产生模块生成符合预设参数的超声波激发信号，还用于控制信号放大模块的功率增益系数。该发射放大电路能够使得超声波芯片的探测范围增大，提高超声波信号的稳定性。
技术研发人员：贾崇彪,王杜娟,刘春城,孙杰,徐兵峰,段文军,李维玲,高天,刘炜,柳均泽
受保护的技术使用者：中铁高新工业股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23