[其他]用同一個晶體管發射超聲單脈沖和調制波的聲速儀

無效

• 申請號: 86100574
• 申請日: 1986-05-10
• 公開（公告）號: CN86100574B
• 公開（公告）日: 1988-02-10
• 發明（設計）人: 王寅觀;魏墨盒;邵良華;盧杰
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01H5/00
• 分類號: G01H5/00
• 代理公司: 同濟大學專利事務所
• 代理人: 華國棟,陳樹德

本發明屬于聲學測量儀器的領域。

聲速是媒質的一個最基本的聲學量。超聲單脈沖和調制波是脈沖回波法聲速儀的兩種最基本的超聲波發射形式。

在本發明做出以前，發射超聲單脈沖的方法，如Usup4507762所述：利用一個觸發器來改變由四個晶體管所組成的橋路狀態，以使它對應于每一個時間脈沖都輸出一個單脈沖，這種電路不能同時產生調制波。發射超聲調制波的方法，如J.P51-151118所述;采用多個晶體管互補推挽的形式。

本發明的目的在于設計一種簡單的、只用一個晶體管就可實現分別發射超聲單脈沖和調制波的發射電路，并利用這種發射電路制成結構簡單、成本低，測量精度高的超聲波聲速儀。

本發明的要點是在設計思想上利用了晶體管〔21〕在兩個不同工作區域中的不同工作特性，通過切換開關〔5〕、〔7〕對電路元件的轉換，使晶體管〔21〕在發射超聲單脈沖時，處于晶體管的二次擊穿狀態，此時晶體管的導通速度加快，在同步脈沖的作用下，便可產生一個邊沿極陡的尖峰單脈沖（接近δ脈沖）。通過切換開關〔5〕，〔7〕對電路元件的轉換，使晶體管〔21〕在發射超聲調制波的情況下，處于晶體管的正常工作狀態，從而實現了用同一個晶體管分別發射超聲單脈沖和調制波，大大簡化了電路元件。

圖1為本發明的用同一個晶體管〔21〕發射超聲單脈沖和調制波的超聲波聲速儀的結構原理圖。

圖2為本發明的超聲波發射電路〔6〕的電路原理圖。

圖3為晶體管〔21〕的輸入輸出特性曲線。

圖4為晶體管〔21〕發射超聲單脈沖的波形圖。

圖5為晶體管〔21〕發射超聲調制波的波形圖。

圖6為單脈沖形成電路〔3〕的實施例。

圖7為調制波形成電路〔4〕的實施例。

圖8為脈沖回波重合法時序邏輯控制電路〔1〕的實施例。

本發明如圖1所示，由脈沖回波重合法時序邏輯控制電路〔1〕，開關〔2〕，單脈沖形成電路〔3〕，調制波形成電路〔4〕，開關〔5〕，發射電路〔6〕，電源切換開關〔7〕，高低壓直流電源〔8〕，單脈沖輸出高頻插座〔9〕，調制波輸出高頻插座〔10〕，調諧電感〔11〕，壓電晶片〔12〕，接收放大器輸入插座〔13〕，接收放大器〔14〕，接收放大器輸出插座〔15〕，示波器〔16〕，音頻輸出插座〔17〕，頻率計〔18〕以及增輝輸出插座〔19〕所組成。

本發明的工作原理：脈沖回波重合法時序邏輯控制電路〔1〕周期性地產生發射同步信號，經開關〔2〕選通后，分別被送往單脈沖形成電路〔3〕或調制波形成電路〔4〕，然后再經過開關〔5〕送往發射電路〔6〕。當電源切換開關〔7〕將高低壓直流電源〔8〕的高壓直流電壓V_N送入發射電路〔6〕時，該超聲波聲速儀處于發射超聲單脈沖波的工作狀態，發射電路〔6〕輸出幅度很高的，邊沿很陡的電脈沖，經過單脈沖輸出高頻插座〔9〕，去激勵壓電晶片〔12〕產生單脈沖的超聲波，壓電晶片〔12〕與電感〔11〕構成一個調諧回路。當電源切換開關〔7〕轉向另一側，將高低壓直流電源〔8〕的低壓直流V_L送入發射電路〔6〕時，該超聲波聲速儀處于發射超聲調制波的工作狀態，發射電路〔6〕輸出一串串由方波調制的射頻電脈沖，經過調制波輸出高頻插座〔10〕，去激勵壓電晶片〔12〕產生超聲調制波。超聲波的回波信號經過接收放大器輸入插座〔13〕送入接收放大器〔14〕，經過高頻放大后，再由接收放大器輸出插座〔15〕送往示波器〔16〕的Y軸進行顯示。脈沖回波重合法時序邏輯控制電路〔1〕輸出的音頻信號，經過音頻輸出插座〔17〕后，一路被送往示波器〔16〕X軸，作為外觸發掃描信號;另一路被送往頻率計〔18〕進行頻率測量。同時，脈沖回波重合法時序邏輯控制電路〔1〕輸出兩個同步增輝信號，經過增輝輸出插座〔19〕送往示波器〔16〕的Z軸。在測量時，可先調節增輝信號的位置，在超聲波回波序列中選擇所需觀察的兩次回波進行增輝，使這兩次回波在示波器上清楚可見，而不需要觀察的其它回波信號，由于未被增輝，便在示波器的顯示屏幕上消失。調節時序邏輯控制電路〔1〕輸出的音頻信號的頻率，使示波器中顯示的這兩次回波的每一周都對應地重合，然后讀出頻率計〔18〕中顯示的頻率值f，即示波器〔16〕的X軸外觸發掃描信號的頻率。根據超聲波在試樣中傳播的距離L，便可算出聲速C＝L·f。