可调幅值信号发射系统在煤泥密度计中的应用

李勇

摘要：

本文介绍了一种可控发射信号幅值的系统，采用STM32作为可调幅值系统的主控芯片，用来控制MCP41系列芯片输出可变电压，可变电压通过栅极管连接到发射信号电路中实现发射信号幅值的改变，将该信号发射系统应用于超声波煤泥密度计中提高了产品检测精度和应用领域。

关键词：

可调幅值;信号发射;煤泥;密度计

中图分类号：

P631

文献标识码：

A

文章编号：

1672-9129（2020）15-0067-01

引言：为解决现有市场上洗煤行业密度检测产品存在的精度低、不稳定等缺点，研究一款带有可调幅值信号发射系统的新型超声波煤泥密度计，可检测低密度、低衰减率的煤泥水类悬浮液，满足选洗煤厂的重介质液、煤泥水、尾煤泥水等悬浮液的在线密度检测需求。

1数字电位器MCP41介绍

MCP41HVX1系列芯片为带SPI串行接口和易失性存储器的单路数字电位器，具有双电源轨（模拟和数字）。模拟电源轨提供电阻网络接线端引脚上的高电压。最大模拟电压为+36V，而工作模拟输出最小规范值则规定为10V或20V。当模拟供电电压减小时，模拟开关电阻会升高，这会影响一些特定性能规范值。该芯片可以实现为相对于数字逻辑地的双电源轨，同时还具有写锁存（WLAT）功能，它可以禁止使用接收到的数据更新（锁存）易失性抽头寄存器，直到引脚WLAT变为低电平为止。这样在编程时可以指定用于更新易失性抽头寄存器的条件。

2可调幅值信号发射系统设计

采用STM32作为可调幅值系统的主控芯片，通过不同SPI串行接口分别控制信号发生芯片和可编程数字电位器。在信号输出端提供24V电源，将24v电压通过加入可编程数字电位器的接线端A和抽头端W处理后，通过栅极管实现信号与电压的控制。MCP41系列芯片带有抽头锁存功能，抽头锁存引脚用于控制何时将抽头寄存器中的新抽头值传输到抽头中。对于需要同步抽头更新的应用程序，这非常有用。这可以用于与外部事件进行同步或同步多个数字电位器的更新。当WLAT引脚为高电平时，将禁止从抽头寄存器向抽头进行传输。当WLAT引脚为低电平时，可以从抽头寄存器向抽头进行传输。如果外部事件的交越时间很长，则可以在WLAT信号为低电平的整段时间内更新抽头。当WLAT信号变为高电平时，将立即禁止从抽头寄存器进行传输。抽头寄存器可以继续进行更新。只有CS引脚用于使能/禁止串行命令。如果应用程序不需要同步抽头寄存器更新，则应将WLAT引脚连接为低电平。可调幅值信号发射系统在软件设计时为配合抽头锁存功能，将STM32的SPI配置为非TI模式控制MCP41芯片的时序。

3煤泥密度计中的应用

洗煤现场中多为细粒度、低浓度的悬浮液浓度检测，煤泥密度计的设计通常会选用更高的频率来作为检测信号，根据国内、外相关的研究报告来看，常用的频率范围在1MHz～3MHz。高检测频率通过信号发射系统输出后，会让超声波衰减值对应的密度斜率不同，不同斜率对应的分辨率不同，为了不引起检测区间变小、更易受干扰等影响，将信号幅值变为可调模式，让其随着衰减的变化而变化，让不同衰减都能对应最佳的分辨率。

与此同时，可调幅值信号发射系统让回波信号的幅值也在随着衰减变化，通过对数放大器将信号压缩来追求超大的信号动态范围，煤泥水方面，其低衰减率意味可采用信号差分放大器来提升衰减量分辨率，同时更换不同的测量间距，帮助煤泥密度计解决低衰减率、低密度差介质的浓度检测难题。

4结论

洗煤行业由于其煤泥水粒度细、与水密度差小，分辨率低，煤泥水中残存重介质的占比变化影响检测结果，含大颗粒的粗煤泥水等介质特性的存在，对密度的检测难度提升，对煤泥密度计的设计要求加大。本文研究的煤泥密度计加入可调幅值信号发射系统，大大提升了检测系统的稳定性和可靠性，從而提升测量精度和检测范围。该超声波煤泥密度计已在选煤厂完成测试，检测数据达到预期效果。

参考文献：

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[3]MCP41/42XXX系列数字电位器及其应用[J].工业控制计算机，范腾，王富东，2011年9期

[4]介质密度对液固流化床粗煤泥分选效果的影响[J].煤炭科学技术，张旭波，郭永华，2014年8期