[發(fā)明專利]功率放大電路及應(yīng)用功率放大電路的超聲波測(cè)厚裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310662020.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN103633951A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁巍;倪文軍;姜云軒;陳亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F3/20
• 分類號(hào): H03F3/20;G01B17/02
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所 51221
• 代理人: 林輝輪;王蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波測(cè)厚裝置，及應(yīng)用于該超聲波測(cè)厚裝置中的功率放大電路。

背景技術(shù)

超聲波共振測(cè)厚技術(shù)，是指利用超聲連續(xù)波在被測(cè)工件底面形成的全反射波與入射波相互疊加，當(dāng)被測(cè)工件厚度為超聲波波長(zhǎng)的1/2或其整數(shù)倍時(shí)，被測(cè)工件內(nèi)會(huì)形成駐波，產(chǎn)生共振，進(jìn)而根據(jù)超聲波的頻率測(cè)算出工件厚度。被測(cè)工件的厚度與超聲波的頻率相關(guān)，被測(cè)工件的厚度越小，需要的超聲波的頻率越高。目前的超聲波測(cè)厚裝置能夠測(cè)量的工件厚度有限，對(duì)于厚度較小（例如小于1mm）的工件則很難測(cè)量其厚度，原因在于超聲波激勵(lì)裝置不能產(chǎn)生高頻率的激勵(lì)信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致超聲波換能器不能發(fā)出高頻率的超聲波。FPGA可編程器件可靠性高，易于編程，作為信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生高頻率的激勵(lì)信號(hào)，應(yīng)用于超聲波測(cè)厚裝置中，可使得超聲波換能器發(fā)出高頻率的超聲波。但是FPGA產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)功率低，不足以驅(qū)動(dòng)超聲波換能器發(fā)出超聲波，因此需要功率放大電路對(duì)FPGA產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的目前的超聲波測(cè)厚裝置無(wú)法對(duì)厚度較小的工件進(jìn)行厚度測(cè)量的不足，提供一種超聲波測(cè)厚裝置，同時(shí)提供一種應(yīng)用于該超聲波測(cè)厚裝置的功率放大電路。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種功率放大電路，包括輸入變壓器，所述輸入變壓器的輸出端連接靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定電路，所述靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定電路連接兩個(gè)MOS管，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定電路為所述兩個(gè)MOS管設(shè)定靜態(tài)工作電壓，兩個(gè)MOS管連接電源電路，所述電源電路連接輸出變壓器的輸入端。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述兩個(gè)MOS管均為N型MOS管，兩個(gè)MOS管組成AB類功率放大器。進(jìn)一步的，所述兩個(gè)MOS管的放大倍數(shù)為20dB。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，所述輸入變壓器的變比為2:1；所述輸出變壓器的變比為1:2。優(yōu)選的，所述輸入變壓器與靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)定電路之間設(shè)有濾波電路。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述電源電路與輸出變壓器之間設(shè)有隔離電路。

上述功率放大電路中，所述輸入變壓器將待放大的輸入信號(hào)分為兩路信號(hào)，兩路信號(hào)分別通過(guò)兩個(gè)MOS管進(jìn)行線性功率放大，放大后的兩路信號(hào)通過(guò)輸出變壓器耦合為一路信號(hào)輸出。

本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用上述功率放大電路的超聲波測(cè)厚裝置，包括包括FPGA，所述FPGA連接上述功率放大電路，所述功率放大電路連接超聲波發(fā)射換能器，超聲波接收換能器連接AD轉(zhuǎn)換電路，所述AD轉(zhuǎn)換電路連接FPGA；被測(cè)工件置于超聲波發(fā)射換能器與超聲波接收換能器之間。

優(yōu)選的，所述超聲波發(fā)射換能器和超聲波接收換能器均為壓電式超聲波換能器。

上述超聲波測(cè)厚裝置中，F(xiàn)PGA產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大電路進(jìn)行功率線性放大后輸出至超聲波發(fā)射換能器，驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，超聲波在被測(cè)工件內(nèi)共振后，超聲波接收換能器在被測(cè)工件的另一側(cè)接收特征信號(hào)，并輸出至AD轉(zhuǎn)換電路，AD轉(zhuǎn)換電路將該特征信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后輸出至FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)產(chǎn)生共振時(shí)的超聲波頻率測(cè)算出被測(cè)工件的厚度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明超聲波測(cè)厚裝置，采用FPGA作為信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻率的激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)采用功率放大電路對(duì)FPGA產(chǎn)生的小功率激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射換能器發(fā)射出高頻率（28MHz）的超聲波，使得超聲波測(cè)厚裝置能夠精確測(cè)量厚度為0.02-1.00mm的被測(cè)工件的厚度，且越薄測(cè)量絕對(duì)誤差越小，解決了目前超聲波測(cè)厚裝置的測(cè)量厚度受限的問(wèn)題。此外，F(xiàn)PGA集成度高，采用FPGA作為信號(hào)發(fā)生器能夠減小超聲波測(cè)厚裝置的結(jié)構(gòu)尺寸。

本發(fā)明提供的功率放大電路，采用兩個(gè)MOS管組成AB類功率放大器，輸入變壓器將待放大的輸入信號(hào)分為兩路信號(hào)，分別通過(guò)兩個(gè)MOS管進(jìn)行線性功率放大，放大后的兩路信號(hào)又通過(guò)輸出變壓器耦合為一路信號(hào)輸出。本發(fā)明功率放大電路能夠?qū)θ我庑」β市盘?hào)進(jìn)行放大。本發(fā)明功率放大電路與FPGA結(jié)合組成超聲波激勵(lì)信號(hào)發(fā)生裝置，可產(chǎn)生高頻率、大功率的激勵(lì)信號(hào)，使得超聲波換能器發(fā)射出高頻率的超聲波。

附圖說(shuō)明：

圖1為實(shí)施例中功率放大電路示意圖。

圖2為實(shí)施例中超聲波測(cè)厚裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例中測(cè)量0.02mm厚度薄片的共振檢測(cè)結(jié)果。