AD8310在網(wǎng)箱聲學(xué)監(jiān)測中的應(yīng)用
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網(wǎng)箱聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)利用超聲波監(jiān)視魚群的位置和數(shù)量，為網(wǎng)箱養(yǎng)殖的過程管理和安全生產(chǎn)提供必要的技術(shù)支持和監(jiān)測手段。魚群的回波具有很寬的動態(tài)范圍，線性放大器無法處理這樣寬的動態(tài)范圍，因此在處理回波信號時(shí)，必須將其動態(tài)范圍壓縮。目前大部分超聲探魚設(shè)備都使用了根據(jù)時(shí)間修正放大器增益(TVG)的方式，這種方式需要一個(gè)可變增益放大器，并預(yù)設(shè)一條時(shí)間增益控制曲線。由于增益變化是事先設(shè)定的，因此TVG不具備瞬時(shí)壓縮的能力，對于混響、目標(biāo)強(qiáng)度變化、掠射角變化和其他因素造成的信號起伏，它是無能為力的。為了得到相對穩(wěn)定的輸出，有人提出了TVG和自動增益控制(AGC)相結(jié)合的方法，雖然能達(dá)到較好的效果，但它不適用于網(wǎng)箱監(jiān)測系統(tǒng)。
與可變增益放大器不同，對數(shù)放大器增益自動與信號大小成反比。隨著技術(shù)發(fā)展，對數(shù)放大器從分立元件變?yōu)榧呻娐?，體積更小、可靠性高，性價(jià)比日益突出。利用對數(shù)放大器可直接實(shí)現(xiàn)信號瞬時(shí)非線性壓縮的特點(diǎn)，處理魚群的回波信號，該系統(tǒng)無須像TVG或AGC那樣對放大器增益進(jìn)行調(diào)整，對于網(wǎng)箱內(nèi)生物監(jiān)測有較好的實(shí)用意義。
2 網(wǎng)箱聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)原理
網(wǎng)箱聲學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)的原理如圖1所示。
該系統(tǒng)主要由超聲發(fā)射、超聲接收、信號處理、顯示4個(gè)部分組成，它利用對多個(gè)通道內(nèi)魚群的回波信號積分，得到生物量的估計(jì)值。由于魚體對聲的反射和折射是一個(gè)無法預(yù)測的過程，因此這個(gè)系統(tǒng)給出的結(jié)果只在統(tǒng)計(jì)意義下有效。
3 對數(shù)放大器AD8310在超聲接收中的應(yīng)用
3．1 AD8310原理
AD8310是ADI公司生產(chǎn)的多級解調(diào)對數(shù)放大器，有95dB的動態(tài)范圍，頻率范圍為DC~440 MHz，±0．4 dB的線性度，是一性價(jià)比很高的對數(shù)放大器。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。AD8310內(nèi)部有6個(gè)串聯(lián)的放大器／限幅器單元，每個(gè)單元帶寬900 MHz，提供14．3dB的增益，總的增益帶寬積(GBW)有10 000 GHz。解調(diào)部分由9個(gè)檢測器共同完成．其中的6個(gè)與放大器／限幅器相連用來處理整個(gè)動態(tài)范圍的低2／3部分的信號，其余的信號由剩余的3個(gè)檢波器處理。9個(gè)檢測器輸出相加后具有分段的近似對數(shù)特性，它們輸出電流匯合相加后轉(zhuǎn)換為單邊模式(2μA／dB)，再經(jīng)由高速緩沖放大器放大后輸出。
3．2 AD8310的電路連接
圖3為AD8310在超聲接收電路中的應(yīng)用連接圖。該超聲發(fā)射頻率100 kHz，脈寬0.2 ms。
VPOS為電源輸入，AD8310的工作電壓范圍很寬。為2．7~5．5 V，極限電壓7．5 V。AD8310的高增益和高帶寬使它對噪聲信號很敏感，在VPOS的引腳旁邊放置退耦電容，并為COMM設(shè)置一個(gè)低阻抗的地層都是很有必要的，除了做好電源退耦和屏蔽，在信號輸入的前級必須做好濾波，盡量使用低噪聲的器件，否則信號會淹沒在噪聲里，無法再區(qū)分出來。
ENBL為AD8310的使能端，大于2.3 V時(shí)，器件完全工作?？梢允褂脝纹瑱C(jī)控制，使它在超聲脈沖發(fā)出后工作，采樣結(jié)束后立即關(guān)閉以降低能耗。
INHI和INL0都為信號輸入端，AD8310的輸入阻抗大約l kΩ，這里使用Cl、C2、C3、Rl、R2與AD8310輸入端一起組成了一個(gè)帶通濾波器，其幅頻特性如圖4所示，相頻特性如圖5所示。C1、C2為輸入耦合電容，當(dāng)使用單片機(jī)控制ENBL時(shí)，為了避免啟動時(shí)的瞬態(tài)過程，C1、C2的值必須一樣。C3為輸出濾波電容，用來減小輸出電壓的紋波，輸出濾波電容CFILT大小為：
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