可調幅值信號發射系統在煤泥密度計中的應用

李勇

摘要：

本文介紹了一種可控發射信號幅值的系統，采用STM32作為可調幅值系統的主控芯片，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射信號電路中實現發射信號幅值的改變，將該信號發射系統應用于超聲波煤泥密度計中提高了產品檢測精度和應用領域。

關鍵詞：

可調幅值;信號發射;煤泥;密度計

中圖分類號：

P631

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0067-01

引言：為解決現有市場上洗煤行業密度檢測產品存在的精度低、不穩定等缺點，研究一款帶有可調幅值信號發射系統的新型超聲波煤泥密度計，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液、煤泥水、尾煤泥水等懸浮液的在線密度檢測需求。

1數字電位器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字電位器，具有雙電源軌（模擬和數字）。模擬電源軌提供電阻網絡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范值則規定為10V或20V。當模擬供電電壓減小時，模擬開關電阻會升高，這會影響一些特定性能規范值。該芯片可以實現為相對于數字邏輯地的雙電源軌，同時還具有寫鎖存（WLAT）功能，它可以禁止使用接收到的數據更新（鎖存）易失性抽頭寄存器，直到引腳WLAT變為低電平為止。這樣在編程時可以指定用于更新易失性抽頭寄存器的條件。

2可調幅值信號發射系統設計

采用STM32作為可調幅值系統的主控芯片，通過不同SPI串行接口分別控制信號發生芯片和可編程數字電位器。在信號輸出端提供24V電源，將24v電壓通過加入可編程數字電位器的接線端A和抽頭端W處理后，通過柵極管實現信號與電壓的控制。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將抽頭寄存器中的新抽頭值傳輸到抽頭中。對于需要同步抽頭更新的應用程序，這非常有用。這可以用于與外部事件進行同步或同步多個數字電位器的更新。當WLAT引腳為高電平時，將禁止從抽頭寄存器向抽頭進行傳輸。當WLAT引腳為低電平時，可以從抽頭寄存器向抽頭進行傳輸。如果外部事件的交越時間很長，則可以在WLAT信號為低電平的整段時間內更新抽頭。當WLAT信號變為高電平時，將立即禁止從抽頭寄存器進行傳輸。抽頭寄存器可以繼續進行更新。只有CS引腳用于使能/禁止串行命令。如果應用程序不需要同步抽頭寄存器更新，則應將WLAT引腳連接為低電平。可調幅值信號發射系統在軟件設計時為配合抽頭鎖存功能，將STM32的SPI配置為非TI模式控制MCP41芯片的時序。

3煤泥密度計中的應用

洗煤現場中多為細粒度、低濃度的懸浮液濃度檢測，煤泥密度計的設計通常會選用更高的頻率來作為檢測信號，根據國內、外相關的研究報告來看，常用的頻率范圍在1MHz～3MHz。高檢測頻率通過信號發射系統輸出后，會讓超聲波衰減值對應的密度斜率不同，不同斜率對應的分辨率不同，為了不引起檢測區間變小、更易受干擾等影響，將信號幅值變為可調模式，讓其隨著衰減的變化而變化，讓不同衰減都能對應最佳的分辨率。

與此同時，可調幅值信號發射系統讓回波信號的幅值也在隨著衰減變化，通過對數放大器將信號壓縮來追求超大的信號動態范圍，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，同時更換不同的測量間距，幫助煤泥密度計解決低衰減率、低密度差介質的濃度檢測難題。

4結論

洗煤行業由于其煤泥水粒度細、與水密度差小，分辨率低，煤泥水中殘存重介質的占比變化影響檢測結果，含大顆粒的粗煤泥水等介質特性的存在，對密度的檢測難度提升，對煤泥密度計的設計要求加大。本文研究的煤泥密度計加入可調幅值信號發射系統，大大提升了檢測系統的穩定性和可靠性，從而提升測量精度和檢測范圍。該超聲波煤泥密度計已在選煤廠完成測試，檢測數據達到預期效果。

參考文獻：

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