1.本发明涉及一种峰值检测电路，尤其是一种用于超声加工过程中高频信号的峰值检测电路。
背景技术：2.超声加工过程中，压电换能器的电学行为特性会随着前盖板辐射声阻抗的变化而发生变化，这导致压电换能器的谐振频率会发生漂移，系统加工性能大幅降低。因此，在加工过程中进行实时的进行谐振频率跟踪是非常必要的，不仅可以实现加工系统的高效率，安全性能也有保障。
3.在谐振频率跟踪区分正反谐振频率点及判断实际加工系统频率跟踪情况的一个重要依据就是换能器两端电流电压的峰值。针对信号峰值进行检测常用的检测方法有模拟峰值检测法和数字峰值检测法：模拟峰值检测法中常用的是峰值保持电路，未对运算放大器进行必要的结构补偿，对运放的性能要求较高，测量速度主要取决于运算放大器的性能，设计成本较高且不适用于高频信号的检测，另外，没有对放电回路进行良好的设计，无法检测信号幅值降低时峰值的检测。数字峰值检测法一般是使用高速 adc 直接采样脉冲信号，然后用控制器进行数据处理得出峰值。电路结构简单，但受限于采样时间间隔，对脉冲信号的峰值部分平缓度要求较高，如果脉冲峰值部分过于陡峭，很难保证 adc 能够采集到峰值附近的数据，同时对 adc 采样速度要求较高。
4.东华理工大学的李刚仁等人设计的峰值检测电路,主要由前置主放大器、甄别电路、控制电路和峰值保持电路四部分构成。探测到的信号通过主放大器放大整形，补偿脉冲幅度的变化，再经过甄别电路去除噪声，检测信号时序，最后根据甄别电路的时序经由控制电路对模拟开关、adc 转换进行控制，完成峰值检测的任务。
技术实现要素：5.本发明针对现有技术的不足，提供了一种用于超声加工过程中高频信号的峰值检测电路。
6.本发明包括运算放大器u1a、运算放大器u1b、三极管q1和mosfet管。
7.两端口排针p2的2脚接地，1脚接输入待检测信号；电阻r11一端接地，另一端接两端口排针p2的1脚；电阻r10一端接电阻r11的另一端，电阻r10的另一端接运算放大器u1a的同相输入端以及二极管d2阴极。
8.二极管d2阳极接电阻r1的一端；电阻r1的另一端接电阻r2的一端，电阻r2的另一端与二极管d2阳极、滑动变阻器r7的固定端、运算放大器u1a的反相输入端连接，滑动变阻器r7的滑动端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端接-12v电源。
9.二极管d2阴极与运算放大器u1a的输出端、电阻r8的一端连接；电阻r8的另一端接二极管d3的阴极、三极管q1的基极，三极管q1的集电极通过电阻r3接+12v电源，三极管q1的发射极分别与二极管d4的阳极、二极管d5的阳极、二极管d7的阴极、电阻r14的一端连接。
10.二极管d4的阴极连接二极管d3的阳极，二极管d7的阳极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端、电阻r14的另一端接地；二极管d5的阴极分别与电阻r4的一端、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阳极连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端分别连接电容c1的一端、电阻r16的一端、电阻r13的一端以及运算放大器u1b的同相输入端, 运算放大器u1a的反向输入端连接电阻r5的一端，电阻r4的另一端、电阻r5的另一端接运算放大器u1b的输出端，运算放大器u1b的输出端通过电阻r9连接双端口排针p1的1脚，双端口排针p1的2脚接地。
11.电容c1的另一端、电阻r16的另一端接地，电阻r13的另一端连接mosfet管的漏极，mosfet管的栅极接地，mosfet管的源极接电阻r15的一端，电阻r15的另一端，电阻r18的一端接电容c2的一端，电容c2的另一端、电阻r19的一端接双端口排针p3的1脚，双端口排针p3的2脚接地，电阻r19的另一端接地。
12.由两端口排针p2输入待检测信号，当电压信号升高时，二极管d2截止，二极管d1导通，运算放大器u1a构成电压跟随器输出；二极管d5、d6导通，运算放大器u1a输出的小电流驱动三极管q1进行电流的放大，使得电容c1快速充电，电容c1的电量通过与电阻r16构成的回路进行缓慢泄放，最终由运算放大器u1b输出待测信号的幅值；在下一个待测信号来临时，由于运算放大器u1b输出端产生高电位，经由电阻r1分压和d2导通压降，将运算放大器u1a的实际工作点限制在待测信号峰值附近。
13.本发明的有益效果：本发明对传统低频电路的峰值检测电路进行改进，1）通过对运算放大器u1a和二极管d1、d2进行结构搭配，降低了对器件的性能要求，节省成本；2）通过三极管对电流进行放大，提高了电容的充电速度，使系统的检测速率提高；3）通过添加二极管d6和提供反向回路，对电容进行充分保护，提高了系统的安全性和稳定性；4）通过放电回路，检测低压峰值时实现电容快速放电，提高系统检测的准确度。综上，本发明以超声加工中谐振频率跟踪技术为背景，适用于超声加工过程中高频信号的峰值检测，且系统稳定性强，测量精度高。
附图说明
14.图1为现有技术中的峰值检测核心电路。
15.图2为快速高精度峰值检测电路。
具体实施方式
16.以下对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，电路测量峰值的主要原理是输入端电压增大时，经过由运算放大器u1a构成的电压跟随器，而后输出端电压也随之增加，同时电容c1进行充电，保证输入端电压减小时刻电容c1放电，维持输出端的高电压信号，达到检测信号峰值的目的。而传统的该类峰值检测电路不适用于高频信号的检测，测量精度低，测量速度慢，且仅适用于电压幅值升高过程中峰值的检测，无法准确测量幅值逐渐减小时电压峰值的检测，因此在实际应用过程中受到限制。
18.本实施例对原有电路结构进行改进补偿。本实施例添加了放电电路，用于检测幅值逐渐减小时电压峰值的检测，当给p3处一个阶跃信号时，mosfet的栅源电压大于导通阈值电压，mosfet导通，串联电阻值很小的r13与电容c1构成放电回路，使得输入端的高峰电压快速泄放，进行下一个幅值较小电压信号峰值的检测。
19.同时为了增加系统的驱动能力，在输出端加入一个运算放大器u1b ，并进行正反向输入端的负载匹配。其次，当输入信号为负电压时，图1中的二极管d1并不能立即关断，在关断时刻会产生反向关断电流，影响电容c1的稳定，给系统造成安全隐患，因此，本实施例增加了二极管d6和电阻r4所在的回路，使运算放大器u1b 的输出端与电阻r4构成的回路为二极管提供反相关断电流，提高系统的稳定性和安全性。
20.另外为了提高系统检测的快速性，希望电容c1的充电时间可以大大缩短，因此，本实施例添加一个三极管，使其工作在放大区，运算放大器u1a的端就可以很小的电流驱动三极管产生大电流，用于c1的快速充电，二极管d3、d4的作用是使得veb远小于6v，从而保护三极管。
21.最后为了降低产品成本，最大限度的提高产品利用率，使用廉价的运算放大器并通过添加二极管d2、d3使得运算放大器u1a始终工作在峰值电压附近，克服廉价运放运行速度慢的缺点，使得廉价运算放大器也能适用于高频信号的快速检测。同时为了避免运算放大器输入电流过大，本实施例在运算放大器的反向输入端加入两个阻值较大的电阻r6、r7（通过电阻r2与反馈回路构成通路），并且可以通过调节滑动变阻器r7进行峰值检测的精度调节。经过以上的改进，最终得到快速高精度的峰值检测电路，如图2所示，电路的具体结构如下：两端口排针p2的2脚接地，1脚接输入待检测信号；电阻r11一端接地，另一端接两端口排针p2的1脚；电阻r10一端接电阻r11的另一端，电阻r10的另一端接运算放大器u1a的同相输入端以及二极管d2阴极；二极管d2阳极接电阻r1的一端；电阻r1的另一端接电阻r2的一端，电阻r2的另一端与二极管d2阳极、滑动变阻器r7的固定端、运算放大器u1a的反相输入端连接，滑动变阻器r7的滑动端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端接-12v电源。二极管d2阴极与运算放大器u1a的输出端、电阻r8的一端连接；电阻r8的另一端接二极管d3的阴极、三极管q1的基极，三极管q1的集电极通过电阻r3接+12v电源，三极管q1的发射极分别与二极管d4的阳极、二极管d5的阳极、二极管d7的阴极、电阻r14的一端连接。
22.二极管d4的阴极连接二极管d3的阳极，二极管d7的阳极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端、电阻r14的另一端接地；二极管d5的阴极分别与电阻r4的一端、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阳极连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端分别连接电容c1的一端、电阻r16的一端、电阻r13的一端以及运算放大器u1b的同相输入端, 运算放大器u1a的反向输入端连接电阻r5的一端，电阻r4的另一端、电阻r5的另一端接运算放大器u1b的输出端，运算放大器u1b的输出端通过电阻r9连接双端口排针p1的1脚，双端口排针p1的2脚接地。
23.电容c1的另一端、电阻r16的另一端接地，电阻r13的另一端连接mosfet管的漏极，mosfet管的栅极接地，mosfet管的源极接电阻r15的一端，电阻r15的另一端，电阻r18的一端接电容c2的一端，电容c2的另一端、电阻r19的一端接双端口排针p3的1脚，双端口排针p3的2脚接地，电阻r19的另一端接地。
24.本实施例的电路进行峰值检测时，由p2端口输入待检测信号，当电压信号升高时，
二极管d2截止，d1导通，运算放大器u1a构成电压跟随器输出；二极管d5、d6导通，运算放大器u1a输出的小电流驱动三极管进行电流的放大，使得电容c1可以快速充电，电容c1的电量通过与大电阻r16构成回路进行缓慢泄放，最终由运算放大器u1b输出待测信号的幅值。下一个待测信号来临时，由于输出端产生高电位，经由电阻r1分压和二极管d2导通压降，将运算放大器u1a的实际工作点限制在待测信号峰值附近，大大减小了运放的实际工作范围，对运放的性能要求降低，提高了电路的运行速度。而当待测信号峰值减小时，通过给p3处一个高电平信号，mosfet导通，并由于电容c2的存在持续导通一段时间，此时电容c1与小电阻r13构成回路，进行c1电量的快速泄放，输出端电位也随之降低，从而能及时检测到幅值减小的信号峰值。
技术特征：1.一种高频信号峰值检测电路，其特征在于：包括运算放大器u1a、运算放大器u1b、三极管q1和mosfet管；两端口排针p2的2脚接地，1脚接输入待检测信号；电阻r11一端接地，另一端接两端口排针p2的1脚；电阻r10一端接电阻r11的另一端，电阻r10的另一端接运算放大器u1a的同相输入端以及二极管d2阴极；二极管d2阳极接电阻r1的一端；电阻r1的另一端接电阻r2的一端，电阻r2的另一端与二极管d2阳极、滑动变阻器r7的固定端、运算放大器u1a的反相输入端连接，滑动变阻器r7的滑动端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端接-12v电源；二极管d2阴极与运算放大器u1a的输出端、电阻r8的一端连接；电阻r8的另一端接二极管d3的阴极、三极管q1的基极，三极管q1的集电极通过电阻r3接+12v电源，三极管q1的发射极分别与二极管d4的阳极、二极管d5的阳极、二极管d7的阴极、电阻r14的一端连接；二极管d4的阴极连接二极管d3的阳极，二极管d7的阳极连接电阻r17的一端，电阻r17的另一端、电阻r14的另一端接地；二极管d5的阴极分别与电阻r4的一端、二极管d6的阳极连接，二极管d6的阳极连接电阻r12的一端，电阻r12的另一端分别连接电容c1的一端、电阻r16的一端、电阻r13的一端以及运算放大器u1b的同相输入端, 运算放大器u1a的反向输入端连接电阻r5的一端，电阻r4的另一端、电阻r5的另一端接运算放大器u1b的输出端，运算放大器u1b的输出端通过电阻r9连接双端口排针p1的1脚，双端口排针p1的2脚接地；电容c1的另一端、电阻r16的另一端接地，电阻r13的另一端连接mosfet管的漏极，mosfet管的栅极接地，mosfet管的源极接电阻r15的一端，电阻r15的另一端，电阻r18的一端接电容c2的一端，电容c2的另一端、电阻r19的一端接双端口排针p3的1脚，双端口排针p3的2脚接地，电阻r19的另一端接地；由两端口排针p2输入待检测信号，当电压信号升高时，二极管d2截止，二极管d1导通，运算放大器u1a构成电压跟随器输出；二极管d5、d6导通，运算放大器u1a输出的小电流驱动三极管q1进行电流的放大，使得电容c1快速充电，电容c1的电量通过与电阻r16构成的回路进行缓慢泄放，最终由运算放大器u1b输出待测信号的幅值；在下一个待测信号来临时，由于运算放大器u1b输出端产生高电位，经由电阻r1分压和d2导通压降，将运算放大器u1a的实际工作点限制在待测信号峰值附近。2.根据权利要求1所述的一种高频信号峰值检测电路，其特征在于：双端口排针p3给一个阶跃信号时，所述mosfet管导通，使得输入端的高峰电压快速泄放。3.根据权利要求1所述的一种高频信号峰值检测电路，其特征在于：所述的三极管q1工作在放大区，使得运算放大器u1a的输出端用小电流驱动三极管产生大电流，用于电容c1的快速充电。4.根据权利要求2所述的一种高频信号峰值检测电路，其特征在于：当待测信号峰值减小时，电容c2持续导通一段时间，此时电容c1与电阻r13构成回路，进行电容c1电量的快速泄放，运算放大器u1b输出端电位也随之降低，从而能及时检测到幅值减小的信号峰值。
技术总结本发明公开了一种高频信号峰值检测电路，包括运算放大器U1A、运算放大器U1B、三极管Q1和MOSFET管。本发明对传统低频电路的峰值检测电路进行改进，1）通过对运算放大器U1A和二极管D1、D2进行结构搭配，降低了对器件的性能要求，节省成本；2）通过三极管对电流进行放大，提高了电容的充电速度，使系统的检测速率提高；3）通过添加二极管D6和提供反向回路，对电容进行充分保护，提高了系统的安全性和稳定性；4）通过放电回路，检测低压峰值时实现电容快速放电，提高系统检测的准确度。提高系统检测的准确度。提高系统检测的准确度。
技术研发人员：吴斌
受保护的技术使用者：浙江宇跃智能科技有限公司
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/7/5
