專(zhuān)利名稱(chēng)：一種超聲波發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流量測(cè)量、測(cè)距、探傷等非接觸式測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波發(fā)射裝置，利用處理器自帶的標(biāo)準(zhǔn)3.3V或者5V直流信號(hào)產(chǎn)生高壓交流信號(hào)，激勵(lì)超聲波發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波信號(hào)。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)很多基于超聲波技術(shù)開(kāi)發(fā)而成的流量測(cè)量、無(wú)損檢測(cè)裝置在工作時(shí)常常因?yàn)橥獠康沫h(huán)境干擾，而使得測(cè)量誤差偏大，特別是在有變頻器、大功率電機(jī)等外部強(qiáng)噪聲的情況下，往往無(wú)法正常工作。究其原因主要是因?yàn)槌暡髁坑?jì)的發(fā)射電路其發(fā)射信號(hào)的輸出幅度太小，外部的環(huán)境噪聲往往淹沒(méi)了超聲波信號(hào)，在這種情況下，就需要提高信噪t匕，在電路實(shí)現(xiàn)上就是要提高超聲波發(fā)射裝置的發(fā)射功率，這樣才能保證最后接收到的信號(hào)幅度足夠大。國(guó)內(nèi)外產(chǎn)生高壓超聲波激勵(lì)信號(hào)的方法基本有兩種:一種是可控娃構(gòu)成的超聲波發(fā)射裝置，其發(fā)射頻率很低，脈沖重復(fù)頻率在30KHz以下；第二種是VMOS晶體管構(gòu)成的超聲波發(fā)射裝置，由于VMOS柵極電容其諧振頻率只能達(dá)到幾百kHz。對(duì)于超聲波換能器諧振頻率在IMHz以上的，由VMOS構(gòu)成的超聲波發(fā)射裝置就無(wú)法使用，如在申請(qǐng)?zhí)枮?01819184和201210017018.3的專(zhuān)利中以及吉林大學(xué)碩士論文《脈沖多普勒血液系統(tǒng)的研制》都采用了這種方案。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種超聲波發(fā)射裝置，采用處理器自帶的3.3V或者5V直流信號(hào)產(chǎn)生高壓交流信號(hào)，利用圖騰柱功率放大技術(shù)激勵(lì)超聲波發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，實(shí)現(xiàn)電聲轉(zhuǎn)換；該裝置可以輸出發(fā)射頻率在IMHz以上、幅值可以調(diào)節(jié)的電信號(hào)，具有高的工作效率；和同類(lèi)裝置相比，該裝置輸出的聲信號(hào)強(qiáng)度較大，這樣超聲波接收換能器接收到的信號(hào)強(qiáng)度就大，以利于后面的信號(hào)采集電路的設(shè)計(jì)；另外由于電路全部由三極管等最基本的電子元器件構(gòu)成，不僅可以產(chǎn)生脈沖波，還可以產(chǎn)生連續(xù)波，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種通用的超聲波發(fā)射裝置，包括信號(hào)產(chǎn)生模塊1、信號(hào)幅值放大模塊2、緩沖放大模塊3、圖騰柱功率放大模塊4、均流模塊5、超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6、過(guò)壓保護(hù)模塊7和處理器模塊8 ；處理器模塊8的信號(hào)輸出端與信號(hào)產(chǎn)生模塊I的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)產(chǎn)生模塊I的信號(hào)輸出端與信號(hào)幅值放大模塊2的輸入端相連，信號(hào)幅值放大模塊2的輸出端與緩沖放大模塊3的輸入端相連，緩沖放大模塊3的輸出端接圖騰柱功率放大模塊4的輸入端，圖騰柱功率放大模塊4的輸入端接均流模塊5的輸入端，均流模塊5的輸出端接超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6的輸入端,超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6的輸出端和過(guò)壓保護(hù)模塊7輸入端相連，過(guò)壓保護(hù)模塊7的輸出端接超聲波發(fā)射探頭9的信號(hào)輸入端。本實(shí)用新型的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)為:(I)本實(shí)用新型不僅可以輸出連續(xù)波，同時(shí)可以輸出脈沖波。(2)本實(shí)用新型可以匹配不同諧振頻率的超聲波換能器，而現(xiàn)有的技術(shù)所設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射裝置只能匹配IMHz以下的超聲波換能器。(3)本實(shí)用新型所有器件都是利用最基本的三極管設(shè)計(jì)而成，因此成本較低。

圖1是本實(shí)用新型的基本原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型的信號(hào)幅值放大模塊2示意圖。圖3是本實(shí)用新型的緩沖放大模塊3電路示意圖。圖4是本實(shí)用新型的圖騰柱功率放大模塊4電路示意圖。圖5是本實(shí)用新型的超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6參數(shù)匹配電路。
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作原理作詳細(xì)敘述。參照?qǐng)D1,處理器模塊8的信號(hào)輸出端與信號(hào)產(chǎn)生模塊I的信號(hào)輸入端相連，處理器模塊8控制信號(hào)產(chǎn)生模塊I輸出標(biāo)準(zhǔn)3.3V或者5V的直流信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生模塊I的信號(hào)輸出端與信號(hào)幅值放大模塊2的輸入端相連，信號(hào)幅值放大模塊2的輸出端與緩沖放大模塊3的輸入端相連，信號(hào)的幅值經(jīng)信號(hào)幅值放大模塊2放大后送給緩沖放大模塊3，對(duì)信號(hào)的功率進(jìn)行預(yù)放大；緩沖放大模塊3的輸出端接圖騰柱功率放大模塊4的輸入端進(jìn)行四級(jí)功率放大；圖騰柱功率放大模塊4的輸入端接均流模塊5的輸入端；均流模塊5的輸出端接換能器參數(shù)匹配模塊6的輸入端，經(jīng)過(guò)功率放大后的信號(hào)通過(guò)均流模塊5后，在超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6中進(jìn)行阻抗匹配；超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6的輸出端和過(guò)壓保護(hù)模塊7輸入端相連，過(guò)壓保護(hù)模塊7的輸出45V的信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)非接觸式施加給超聲波發(fā)射探頭9，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本本實(shí)用新型的工作原理為:步驟一:處理器模塊8輸出自帶的標(biāo)準(zhǔn)3.3V或者5V直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)幅值放大模塊2中的運(yùn)算放大器THS3091進(jìn)行幅值放大，可輸出45V的信號(hào)；步驟二:經(jīng)過(guò)信號(hào)幅值放大模塊2把信號(hào)幅值放大后送給緩沖放大模塊3，緩沖放大模塊3對(duì)信號(hào)功率進(jìn)行預(yù)放大；步驟三、經(jīng)過(guò)功率放大后的信號(hào)通過(guò)均流模塊5后，在超聲波換能器參數(shù)匹配模塊6中進(jìn)行阻抗匹配；步驟四、和不同發(fā)射頻率的超聲波換能器的匹配主要通過(guò)匹配電容Cp來(lái)完成的，匹配電容Cp的計(jì)算方法如下:根據(jù)諧振頻率公式:/ =可得出總電容值C:
權(quán)利要求1.一種通用的超聲波發(fā)射裝置，其特征在于，包括信號(hào)產(chǎn)生模塊(I)、信號(hào)幅值放大模塊(2)、緩沖放大模塊(3)、圖騰柱功率放大模塊(4)、均流模塊(5)、超聲波換能器參數(shù)匹配模塊(6)、過(guò)壓保護(hù)模塊(7)和處理器模塊(8)； 處理器模塊(8)的信號(hào)輸出端與信號(hào)產(chǎn)生模塊(I)的信號(hào)輸入端相連，信號(hào)產(chǎn)生模塊(I)的信號(hào)輸出端與信號(hào)幅值放大模塊(2)的輸入端相連，信號(hào)幅值放大模塊(2)的輸出端與緩沖放大模塊(3)的輸入端相連，緩沖放大模塊(3)的輸出端接圖騰柱功率放大模塊(4)的輸入端，圖騰柱功率放大模塊(4)的輸入端接均流模塊(5)的輸入端，均流模塊(5)的輸出端接換能器參數(shù)匹配模塊(6)的輸入端，換能器參數(shù)匹配模塊(6)的輸出端和過(guò)壓保護(hù)模塊(7)輸入端相連，過(guò)壓保護(hù)模塊(7)的輸出端接超聲波發(fā)射探頭(9)的信號(hào)輸入端。
專(zhuān)利摘要一種超聲波發(fā)射裝置，該裝置包括信號(hào)產(chǎn)生模塊、信號(hào)幅值放大模塊、緩沖放大模塊、圖騰柱功率放大模塊、均流模塊、超聲波換能器參數(shù)匹配模塊、過(guò)壓保護(hù)模塊和處理器模塊，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)處理器模塊輸出的3.3V或者5V直流信號(hào)產(chǎn)生高壓交流信號(hào)，激勵(lì)超聲波換能器產(chǎn)生超聲波，同時(shí)還可以根據(jù)超聲波換能器的諧振頻率進(jìn)行阻抗匹配。該裝置可以輸出連續(xù)波或脈沖波，且其脈沖數(shù)和周期數(shù)可以任意設(shè)定。同時(shí)該裝置可以根據(jù)超聲波換能器諧振頻率很方便地進(jìn)行電路阻抗匹配。整個(gè)裝置體積小、重量輕，造價(jià)低，工作效率約為60％。
文檔編號(hào)G01D5/48GK203083588SQ20122069660
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者賈惠芹, 李克艱, 黨瑞榮, 馮旭東 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)