[發(fā)明專利]一種適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置

有效

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• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112666264B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 王自鑫;張錫斌;陳弟虎;蔡志崗;黃銳濤;趙偉鴻;黃柱源;李文哲
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;H03L7/099
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 張玲春

1.一種適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置，其特征在于其包括：激勵信號源單元，脈沖門控制單元，單端轉差分電路，一級門控放大電路，二級功率驅動電路，輸出級功率放大電路，輸出濾波器模塊，反饋控制單元，直流電源與蓄能模塊，其中，

該激勵信號源單元通過隔離單元和脈沖門控制單元連接，同時連接單端轉差分電路；該脈沖門控制單元和單端轉差分電路同時和一級門控放大電路連接，用于產(chǎn)生正弦脈沖信號并對信號進行一級放大；該一級門控放大電路通過電壓跟隨器和二級功率驅動電路連接；

所述激勵信號源單元用于分別使用通用輸入輸出端口產(chǎn)生脈沖方波信號，使用數(shù)模轉換器帶窗函數(shù)調制的雙極正弦波信號，產(chǎn)生脈沖方波信號的電路和脈沖門控制單元相連，產(chǎn)生帶窗函數(shù)調制的雙極正弦波信號的電路和所述的單端轉差分電路連接；單端轉差分電路將一路帶窗函數(shù)的雙極正弦信號轉換為差分的兩路單極正弦信號；

該二級功率驅動電路通過共漏驅動電路和輸出級功率放大電路連接；該輸出級功率放大電路通過變壓器和輸出濾波器模塊連接，該輸出濾波器模塊連接反饋控制單元，反饋控制單元的輸出端和激勵信號源單元連接，形成自適應鏈路；該直流電源的高壓電源通過蓄能模塊和所述輸出級功率放大電路、輸出濾波器模塊、反饋控制單元，以及部分二級功率驅動電路連接；

所述一級門控放大電路和所述二級功率驅動電路連接，一級門控放大電路對前面的脈沖方波信號和兩路單級正弦信號進行模擬減法運算，得到差分信號形式的兩路正弦脈沖信號，并對差分的兩路信號進行放大；

所述直流電源和所述激勵信號源單元，脈沖門控制單元，單端轉差分電路，一級門控放大電路通過不同的穩(wěn)壓器進行連接，得到相應的電平信號，為信號的產(chǎn)生和轉換提供偏置；

所述反饋控制單元和超聲換能器連接，用于產(chǎn)生自適應的大功率超聲脈沖信號；

該直流電源的低壓電源通過穩(wěn)壓器和上述的脈沖門控制單元、單端轉差分電路、一級門控放大電路，以及部分二級功率驅動電路連接。

2.如權利要求1所述的適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置，其特征在于：所述脈沖門控制單元是由數(shù)字隔離器、脈沖驅動單元和可調電位器組成；

所述可調電位器是滑動變阻器或是程控電位器；對于程控電位器，嵌入式處理器連接程控電位器，通過總線控制其電阻值，進而調節(jié)穩(wěn)壓器的輸出電壓，穩(wěn)壓器連接脈沖門控制單元，作為脈沖門控制單元的電源，從而控制脈沖方波信號的高電平幅值。

3.如權利要求1所述的適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置，其特征在于：一級門控放大電路包括減法器模塊和信號放大模塊；

所述減法器模塊將脈沖方波信號和帶窗單極正弦信號進行相減，得到正弦脈沖信號；減法器存在一定偏移量，使得相減得到的信號，高電平部分的信號有所削弱，低電平部分的噪聲信號受到抑制，從而得到正弦脈沖信號，所述信號放大模塊則對正弦脈沖信號進行放大。

4.如權利要求1所述的適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置，其特征在于：所述輸出級功率放大電路包括三組差分管陣列和變壓器模塊；

所述三組差分管陣列中，每組陣列由三對MOS管并聯(lián)而成，對應一組繞線相反的變壓器線圈，每一對均由一對NMOS管組成；

一對MOS管中，一個MOS管的源級連接均流電阻后接地，柵極連接柵極電阻，柵極電阻連接輸出正相正弦脈沖信號的二級功率驅動電路，漏極連接變壓器電路的正相原極線圈，

另一個MOS管的源極同樣連接均流電阻后接地，柵極連接柵極電阻，柵極電阻連接輸出反相正弦脈沖信號的二級功率驅動電路，漏極連接變壓器電路的反相原級線圈。

5.如權利要求1所述的適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置，其特征在于：

所述反饋控制單元包括次級線圈調節(jié)模塊和阻抗分析模塊；所述阻抗分析模塊連接負載和激勵信號源單元，用于檢測負載的阻抗，并把阻抗信息反饋到激勵信號源單元，激勵信號源單元根據(jù)不同的超聲換能器的阻抗特性情況，對產(chǎn)生的激勵信號進行調節(jié)，輸出阻抗匹配回路進行片選。

6.一種適用于數(shù)字鎖相技術非線性導波檢測的信號激勵方法與后續(xù)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：分析待測樣品特性，計算超聲導波頻散曲線，選定頻散狀況較好的兩種頻率作為超聲發(fā)射信號頻率信息，并根據(jù)負載阻抗信息確定輸出幅度信息；

S2：所述頻率信息和所述幅度信息輸入到反饋控制單元，生成對激勵信號的兩組帶窗函數(shù)的正弦信號，具體步驟和要求是：

S21：利用直接數(shù)字頻率合成器和窗函數(shù)調制器生成S1所述兩種頻率的超聲發(fā)射信號，分別為頻率A，頻率B的輸出數(shù)字信號，再通過數(shù)模轉換器轉換為正弦激勵模擬信號；

S22：利用直接數(shù)字頻率合成器合成連續(xù)的固定頻率的正弦波參考信號；所述固定頻率的正弦波應滿足以下要求：

參考信號為兩路大于16位的同頻數(shù)字信號；所述兩路參考信號的相位差為90°；所述兩路參考信號頻率應為頻率A、頻率B或頻率A與B的和頻或差頻；

S3：將S21生成的所述正弦激勵模擬信號經(jīng)過權利要求1所述的適用于多平臺的大功率的自適應超聲脈沖發(fā)射裝置產(chǎn)生超聲波脈沖，經(jīng)過待測試樣所返回的信號與S22生成的連續(xù)的固定頻率的正弦波參考信號進行雙相相敏檢測計算，計算得到經(jīng)過待測試樣所返回的信號的幅度和相位信息；

S4：調整S22產(chǎn)生的兩路參考信號頻率，重復S3，得到經(jīng)過待測試樣所返回的信號在各個頻率下的信號幅值和相位，通過分析得到待測試樣的非線性缺陷信息；

產(chǎn)生所述輸出數(shù)字信號與所述正弦波參考信號的直接數(shù)字頻率合成器應由同一時鐘源的驅動，且頻率控制字均來源于所述頻率A、頻率B及兩者經(jīng)過數(shù)學計算的結果。