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六月 5 2019

解码集成电路LM567在超声波检测中应用

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LM567LM567TexasInstruments(德州仪器)0°Cto+70°CNoSVHC(18-Jun-2010)SOP

  超声波检测(Ultrasonic Testing)缩写为UT,也叫超声检测,是利用超声波技术进行检测工作的,是五种常规无损检测方法的一种。无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下,对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种检测手段,Nondestructive Testing。当今国内有关的超声波检测标准为JB/T4730.3,GB/T11345-1989,CB/T3559-2011等,JB/T4730.3为一个比较综合性的标准,而后面两个标准为焊缝检测标准,还有其它的的钢板,铸锻件等检测标准,使用者可根据需要进行相应的查询。

  由于超声波检测一般采用LM1812,虽效果较好,但价格较贵,且要用到电感等易引入干扰的元件。用作测距的声波其波长一般在40kHz左右,正好落在LM567可捕捉的范围内,因此完全可用它作为超声波检测集成电路。下面将介绍基于LM567的超声波检测设计。

  1. LM567内部功能

  LM567是一种常见的低价解码集成电路,其内部结构如图1所示。LM567内部包含了两个鉴相器、放大器、电压控制振荡器VCO等单元。其典型的应用电路如图2所示。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生,电压控制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与脚5、6外接定时元件R1C1的关系式为:f0≈1/1.1R1C1。

  选用适当的定时元件,可使LM567的振荡频率在0.01Hz~500kHz内连续变化。脚1、2外接滤波电容C2、C3。LM567一般作为锁相环路解码器,即当从脚3输入的信号的频率在f0附近的带宽BW范围内时信号被捕捉到,从输出脚8输出低电平(未捕捉时为高电平)。带宽BW可由下式计算:

公式

  式中,ui为输入信号的有效值(rms),ui《200mV。C2为滤波电容(单位为iF),调节它可调节带宽。

LM567内部结构框图

  图1 LM567内部结构框图

典型应用电路

  图2 典型应用电路

  实际上,由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值,而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比,其值再乘上100%才是锁相环路的实际捕获带宽。对输入信号的要求是ui》20mV,上式是图3所示。可见ui》200mV时带宽仅由f0与C2的积决定。

带宽与输入电压及C2的关系

  图3 带宽与输入电压及C2的关系

  2. 基于LM567的超声波检测

  图4是超声波测距电路。单片机从P1.7发出约40kHz的方波,经三极管T后从超声波发射头发出超声波,同时单片机内的定时器开始定时;超声波碰到液面后反射回来被接收头接收;经过两级运放A1、A2放大后送到LM567的输入端(脚3);LM567捕捉到超声波后输出低电平,此负跳变可作为中断输入引起单片机中断,定时器停止定时,定时器定时时间即为超声波从发射到接收的时间t;单片机计算出距离:h1=vt/2,其中v为超声波在空气中的波速。

用LM567检测超声波的测距电路图

  图4 用LM567检测超声波的测距电路图

  LM567存在着输出延时,LM567的最大输出延时与带宽的关系如图5所示,可见最大延时在27个以上超声波周期之间,本设计中延时选定为27个超声波周期。延时并不影响测量,在测量程序设计时可将它减去,但要求延时较固定。由图3、5可知为使延时比较固定,就要求有较固定的捕捉带宽,这就要求运放要有足够大的放大倍数,以使输入信号足够大。但输入LM567的信号又不能太大,否则易引入干扰信号造成LM567输出不稳定。本设计中运放的总放大倍数小于200;带宽BW为5%左右。

输出延时与带宽的关系

  图5 输出延时与带宽的关系

  单片机测量程序流程如图6所示。

程序流程图

  图6 程序流程图

  3. 实验结果

  本设计的实验结果如表1所列,用LM567作超声波检测电路不仅价格低,而且测量精度较高。

测量实验数据

  4.结语

  本文介绍了解码集成电路LM567的组成及应用电路,并重点介绍了将它用于超声波检测时对输入信号的要求及外围元件的要求。给出了以LM567作为检测元件的超声波测距电路及测量程序流程图。

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