[發(fā)明專利]一種電感式非金屬超聲波發(fā)射系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107478730A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭超
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/34;H03K3/017;H03K3/53;H03K3/021
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務(wù)所(普通合伙)13129
• 代理人: 齊軍彩,楊瑞龍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種電感式非金屬超聲波發(fā)射系統(tǒng)，涉及一種新型的非金屬超聲換能器驅(qū)動系統(tǒng)，特別涉及一種適應(yīng)各種功率大小、體積較小、驅(qū)動波形參數(shù)方便調(diào)節(jié)的超聲波發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超聲波發(fā)射系統(tǒng)是整個超聲無損檢測系統(tǒng)中比較重要的部分，關(guān)于超聲探傷的效率以及最終檢測的精度等指標(biāo)均與超聲波發(fā)射模塊密切相關(guān)。最近幾年關(guān)于超聲換能器的驅(qū)動系統(tǒng)絕大部分采用的是通過儲能電容在瞬間充放電過程中產(chǎn)生的脈沖信號對超聲波換能器進(jìn)行激勵。圖1是一種常規(guī)的超聲波發(fā)射驅(qū)動電路圖。詳見西安工業(yè)大學(xué)公開發(fā)表的碩士論文《基于DSP和CPLD超聲探傷儀的研究與設(shè)計》。

圖1中SEND信號是由CPLD或者FPGA產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖信號，其控制整個電路的工作狀態(tài)。通過SEND信號的高低電平不同分別控制MOS管Q2的導(dǎo)通與截至。當(dāng)MOS管Q2處于截至狀態(tài)時，直流高壓電源DC500V通過R64和R65對電容C59進(jìn)行充電，充電完成后，C59兩端的電壓為+500V；而當(dāng)MOS處于導(dǎo)通狀態(tài)時，由于電容兩端的電壓不能瞬間突變，電阻R67兩段被瞬間鉗位在-500V，通過Q2，R67，R63和R61放電，激勵探頭產(chǎn)生超聲波。

上述電路存在如下的缺陷：

①要求給配套穩(wěn)定的直流高壓電源，而且這種直流高壓電源的一定要和發(fā)射電路部分匹配，目前通常采用的定制的高頻變壓器，這給整個發(fā)射系統(tǒng)帶來體積過大，設(shè)計周期過長，開發(fā)成本過大的問題，同時+500V以上的高壓也會帶來非常大的安全隱患。

②電路參數(shù)調(diào)節(jié)困難。上述電路圖絕大部分是模擬電路，系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)沒有明確的理論指導(dǎo)。如果對探頭的激勵信號存在特殊要求，那么如何去相應(yīng)改變驅(qū)動電路參數(shù)比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的旨在于提供一種不需要高壓供電且參數(shù)調(diào)節(jié)方便的超聲波探頭驅(qū)動電路。

具體的，一種電感式非金屬超聲波發(fā)射系統(tǒng)，包括超聲波發(fā)射電路，所述電感式非金屬超聲波發(fā)射系統(tǒng)還包括占空比可調(diào)的方波發(fā)生器，占空比可調(diào)的方波發(fā)生器包括集成芯片、第一電阻器、第二電阻器、滑動電阻器、第一電容器、第二電容器、作為開關(guān)元件的第一二極管和第二二極管，集成芯片的管腳6和管腳2接在一起，并在與接地端之間連接第一電容器，集成芯片的管腳和接地端之間連接第二電容器，集成芯片的管腳6和管腳7之間連接第一二極管，第一二極管的正極連接集成芯片的管腳7，第一二極管的負(fù)極連接集成芯片的管腳6，在集成芯片的管腳8和管腳6之間以串聯(lián)的形式連接第一電阻器、滑動變阻器、第二二極管和第二電阻器，第二二極管的正極接第二電阻器，負(fù)極接滑動變阻器，滑動變阻器的滑動端接集成芯片的管腳7，集成芯片的管腳1接地，集成芯片的管腳8接直流電源+12V，集成芯片的管腳3為方波輸出端。

進(jìn)一步的，所述集成芯片為NE555。

進(jìn)一步的，所述超聲波發(fā)射電路包括電解電容、第四電容器、第三二極管、第五二極管、肖特基二極管、第三電阻器、第四電阻器、第五電阻器帶鐵芯電感器、N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管、探頭；

電解電容正極接+12V電源，負(fù)極接地，第三二極管正極接地，負(fù)極接+12V電源，N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管和肖特基二極管并聯(lián)，其中肖特基二極管的正極和N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管的源極相連后接地，肖特基二極管的負(fù)極和N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管的漏極相連后接第三電阻器，N溝道增強(qiáng)型功率場效應(yīng)管的柵極集成芯片的管腳3相連，肖特基二極管正極接第五二極管的負(fù)極，肖特基二極管負(fù)極接第四電阻器，第四電阻器、第五電阻器與探頭并聯(lián)，第五二極管連接在第五電阻器與探頭之間。

進(jìn)一步的，所述超聲波發(fā)射電路還包括并聯(lián)在第五電阻器與探頭之間的第二電感、第六電阻器、第七電阻器，第二電感、第六電阻器、第七電阻器組成諧振電路，第五二極管連接在第五電阻器與諧振電路之間。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出一種不同于傳統(tǒng)的電感式非金屬超聲波發(fā)射系統(tǒng)，包括一種由NE555組成的改進(jìn)型間接反饋型無穩(wěn)電路，通過該電路可以非常方便的調(diào)整開關(guān)脈沖的周期與占空比。還包括一種新型發(fā)射電路，通過對儲能元件帶鐵芯電感器在瞬間產(chǎn)生脈沖高電壓的原理作為超聲波探頭的激勵源。并可以改變調(diào)整激勵脈沖的幅值和探頭的共振頻率。

本發(fā)明無需提供直流高壓電源，消除了安全隱患，同時減少發(fā)射電路的體積，降低設(shè)計成本和開發(fā)周期。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中超聲波發(fā)射驅(qū)動電路圖；

圖2為本發(fā)明占空比可調(diào)的方波發(fā)生器電路圖；