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AD8310在网箱声学监测中的应用

发布时间:2020-07-21 18:27:32 阅读: 来源:离心机厂家

1 引言 网箱声学监测系统利用超声波监视鱼群的位置和数量,为网箱养殖的过程管理和安全生产提供必要的技术支持和监测手段。鱼群的回波具有很宽的动态范围,线性放大器无法处理这样宽的动态范围,因此在处理回波信号时,必须将其动态范围压缩。目前大部分超声探鱼设备都使用了根据时间修正放大器增益(TVG)的方式,这种方式需要一个可变增益放大器,并预设一条时间增益控制曲线。由于增益变化是事先设定的,因此TVG不具备瞬时压缩的能力,对于混响、目标强度变化、掠射角变化和其他因素造成的信号起伏,它是无能为力的。为了得到相对稳定的输出,有人提出了TVG和自动增益控制(AGC)相结合的方法,虽然能达到较好的效果,但它不适用于网箱监测系统。 与可变增益放大器不同,对数放大器增益自动与信号大小成反比。随着技术发展,对数放大器从分立元件变为集成电路,体积更小、可靠性高,性价比日益突出。利用对数放大器可直接实现信号瞬时非线性压缩的特点,处理鱼群的回波信号,该系统无须像TVG或AGC那样对放大器增益进行调整,对于网箱内生物监测有较好的实用意义。2 网箱声学监测系统原理 网箱声学监测系统的原理如图1所示。

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该系统主要由超声发射、超声接收、信号处理、显示4个部分组成,它利用对多个通道内鱼群的回波信号积分,得到生物量的估计值。由于鱼体对声的反射和折射是一个无法预测的过程,因此这个系统给出的结果只在统计意义下有效。

3 对数放大器AD8310在超声接收中的应用3.1 AD8310原理 AD8310是ADI公司生产的多级解调对数放大器,有95dB的动态范围,频率范围为DC~440 MHz,±0.4 dB的线性度,是一性价比很高的对数放大器。其结构框图如图2所示。AD8310内部有6个串联的放大器/限幅器单元,每个单元带宽900 MHz,提供14.3dB的增益,总的增益带宽积(GBW)有10 000 GHz。解调部分由9个检测器共同完成.其中的6个与放大器/限幅器相连用来处理整个动态范围的低2/3部分的信号,其余的信号由剩余的3个检波器处理。9个检测器输出相加后具有分段的近似对数特性,它们输出电流汇合相加后转换为单边模式(2μA/dB),再经由高速缓冲放大器放大后输出。

3.2 AD8310的电路连接 图3为AD8310在超声接收电路中的应用连接图。该超声发射频率100 kHz,脉宽0.2 ms。

VPOS为电源输入,AD8310的工作电压范围很宽。为2.7~5.5 V,极限电压7.5 V。AD8310的高增益和高带宽使它对噪声信号很敏感,在VPOS的引脚旁边放置退耦电容,并为COMM设置一个低阻抗的地层都是很有必要的,除了做好电源退耦和屏蔽,在信号输入的前级必须做好滤波,尽量使用低噪声的器件,否则信号会淹没在噪声里,无法再区分出来。 ENBL为AD8310的使能端,大于2.3 V时,器件完全工作。可以使用单片机控制,使它在超声脉冲发出后工作,采样结束后立即关闭以降低能耗。 INHI和INL0都为信号输入端,AD8310的输入阻抗大约l kΩ,这里使用Cl、C2、C3、Rl、R2与AD8310输入端一起组成了一个带通滤波器,其幅频特性如图4所示,相频特性如图5所示。C1、C2为输入耦合电容,当使用单片机控制ENBL时,为了避免启动时的瞬态过程,C1、C2的值必须一样。C3为输出滤波电容,用来减小输出电压的纹波,输出滤波电容CFILT大小为:

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