[發明專利]一種反激式非金屬超聲波發射系統

在審

• 申請號: 201710890211.0
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107607627A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 彭超;周樂栓
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01N29/24;G05F1/30;H02M3/335
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務所(普通合伙)13129
• 代理人: 齊軍彩,楊瑞龍

技術領域

本發明公開了一種反激式非金屬超聲波發射系統，屬于超聲探頭發射系統技術領域。

背景技術

非金屬探傷的發射電路完成超聲脈沖信號的激發，激勵的能量大小主要取決于施加在換能器兩端的電壓大小，因此，要想得到足夠的能量就必須產生足夠大的高壓脈沖。

而較為常見的方案則為電容瞬間放電法，該方式是利用電容兩端電壓不能突變的性質，通過電容的充放電來產生高壓脈沖，該方法電路簡單，電損耗小，但是需要直流高壓。圖1為一般電容瞬間放電的電路設計。

圖1電路包括電容C1、C2、C3，電阻器R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8,NPN型三極管Q1、Q2,N溝道增強型功率管Q3，開關二極管D1。其中D1二極管負極接高壓電容C3與電阻器R7，正極接電阻R8和探頭的一端；N溝道增強型功率管Q3源極與電阻R3、R4、R7、R8接地，N溝道增強型功率管Q3漏極接電阻R6與電容C3，N溝道增強型功率管Q3柵極接在Q2三極管的發射極上。

電路工作時通過FPGA產生的觸發脈沖信號Pulse控制整個電路的工作狀態。Pulse間接控制MOS管Q3的導通和截止。當MOS管處于截止狀態時，400V的高壓電源通過電阻R5、R6、R7對電容C3充電，充電完成后，電容C3兩端的電壓為400V；當MOS管處于導通狀態時，由于電容兩端的電壓不能瞬間突變，R7兩端瞬間被鉗位到-400V，通過Q3、R7、R8進行放電，最終產生-400V高壓脈沖，激勵探頭產生超聲波。

上述電路存在如下的缺陷：

①超聲探頭的發射效率主要由加在探頭兩端負脈沖電壓的幅值和頻率決定。激勵電壓一定，當加在探頭上的負脈沖電壓的頻率與探頭諧振的頻率相等或接近時發射效率最高。由于超聲發射探頭的實際諧振頻率往往小于標稱頻率，最終將導致接收信號結果不理想。

②產生400V直流高壓通常是利用直流逆變的原理，先產生振蕩信號，經變壓后產生高壓交流電，再整流濾波得到直流高壓，這樣電路一般體積較為龐大，元件多，成本高。

發明內容

針對現有技術的上述不足，本發明的目的旨在于提供一種可提高發射效率，成本低，體積小的發射電路方案。

具體的，一種反激式非金屬超聲波發射系統，包括電容瞬間發射電路，所述反激式非金屬超聲波發射系統還包括直流高壓電源，所述直流高壓電源為反激式升壓電路，用于為電容瞬間發射電路提供穩定的瞬間高壓，所述電容瞬間發射電路包括電解電容，電橋驅動器，第一N溝道增強型功率場效應管，第一電容、第二電容、第三電容，第一開關二極管、第二開關二極管、第一電阻器、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器、第五電阻器、第六電阻器，電解電容正極接12V電源，負極接地，第一開關二極管負極接電容第一，正極接第二開關二極管的負極，第二開關二極管正極接第二電容；電橋驅動器Pin1引腳、Pin8引腳接直流+12V電源，Pin4引腳、Pin5引腳接地，Pin2引腳用于Pulse信號輸入，Pin3引腳為空引腳，Pin6引腳、Pin7引腳為輸出引腳；第一N溝道增強型功率場效應管漏極接第一電容與第五電阻器，第一N溝道增強型功率場效應管柵極通過第六電阻器與電橋驅動器的輸出端Pin6引腳及Pin7引腳相接，第一N溝道增強型功率場效應管源極、第二電阻器、第三電阻器、第四電阻器接地。

進一步的，所述第二電容為可調電容，容值范圍為0-0.1uf。

進一步的，所述電橋驅動器型號為TC4420。

進一步的，所述直流高壓電源包括控制芯片、第四電容、第五電容、第七電阻器、第八電阻器、第九電阻器、第十電阻器、整流二極管，反激式變壓器,第二N溝道增強型功率場效應管，整流二極管正極接反激式變壓器的Pin2管腳，負極接第七電阻器及第四電容、第五電容；第二N溝道增強型功率場效應管柵極接控制芯片的Pin7引腳，源極接第九電阻器、第十電阻器，漏極接第八電阻器及反激式變壓器的Pin3管腳。

其中，所述控制芯片為LT3757DC。

本發明的有益效果在于：本發明的一種反激式非金屬超聲波發射系統，相比較傳統的電容瞬間放電法，本發明通過采用一種新型的反激式升壓方式，為電容瞬間發射電路提供穩定的直流高壓，同時減少電路的體積，提高電路的穩定性；而在電容瞬間發射電路中，本發明通過以一種電容補償的方式，改善傳統電路中普遍存在的探頭發射效率低于實際的問題，大大提高了探頭的發射效率。

附圖說明

圖1為現有技術電容瞬間放電電路的設計圖；

圖2為本發明直流高壓電源反激式升壓電路的電路圖；