非線性電磁超聲激勵信號的功率放大裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非線性電磁超聲無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非線性電磁超聲激勵信號的功率放大裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，非線性超聲檢測技術(shù)對金屬材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微裂紋、微缺陷及界面脫粘、分層等缺陷的檢測具有獨特的優(yōu)勢，也是對金屬材料和結(jié)構(gòu)的疲勞、蠕變等力學(xué)性能的退化進(jìn)行早期預(yù)測的有效技術(shù)手段，是一門近年來正在快速興起的無損檢測技術(shù)。在常規(guī)非線性超聲檢測技術(shù)中，采用壓電換能器對待檢金屬材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性檢測時，在換能器與構(gòu)件之間需要采用耦合劑以提高入射進(jìn)構(gòu)件的超聲能量。壓電換能器中存在對超聲波起阻尼作用的背襯層、實現(xiàn)聲阻抗變換的匹配層、保護(hù)層及外殼，還可能用到改變?nèi)肷浣嵌鹊男ㄐ螇K，這些因素都會引起非線性效應(yīng)。特別是通常采用的耦合劑都具有較強(qiáng)的非線性效應(yīng)。這些因素引起的非線性通常要比材料和缺陷本身引起的非線性大很多，從而使得非線性超聲檢測技術(shù)對檢測條件的要求十分苛刻，給該技術(shù)在工程中的推廣和應(yīng)用帶來極大限制。
[0003]非線性電磁超聲檢測技術(shù)克服了壓電換能器需要耦合劑的缺點，可實現(xiàn)對金屬導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的非接觸測量。無需耦合劑可消除耦合劑的非線性效應(yīng)對檢測結(jié)果帶來的影響，同時沒有耦合劑的揮發(fā)也使得電磁超聲檢測結(jié)果的重復(fù)性更好，更適用于定量檢測的場合。電磁超聲換能器通常是基于洛倫茲力效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的，換能器本身不需要采用背襯層、匹配層等部件，可有效減小換能器本身結(jié)構(gòu)帶來的非線性。但對于整個非線性電磁超聲檢測系統(tǒng)的發(fā)射通道而言，用于激勵電磁超聲換能器的功率放大器還可能引起非線性，因此，若能消除大功率激勵信號引起的非線性即可有效增強(qiáng)非線性超聲檢測技術(shù)的魯棒性。
[0004]目前，電磁超聲檢測技術(shù)中常用的激勵信號為時域很窄的高功率尖脈沖信號，其對應(yīng)的頻譜為寬帶，不適用于作為非線性電磁超聲檢測系統(tǒng)中的激勵裝置。采用常規(guī)的線性放大方式實現(xiàn)電磁超聲導(dǎo)波功率放大電路時，由于電路中元器件的非線性，輸出信號的高次諧波分量總是無法避免的，且二階諧波分量對非線性檢測結(jié)果影響很大。常規(guī)線性功率放大電路輸出信號所引起的二階諧波分量對線性超聲檢測結(jié)果影響不大，但對于非線性超聲檢測結(jié)果而言，激勵裝置輸出信號引起的二次諧波會與材料和缺陷本身引起的非線性超聲信號中的二階諧波疊加，從而導(dǎo)致對基于二次諧波幅值的超聲非線性系數(shù)的檢測結(jié)果的誤判。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實施例提供一種非線性電磁超聲激勵信號的功率放大裝置，在基頻處能夠產(chǎn)生能量足夠大的驅(qū)動信號，有效激發(fā)電磁超聲換能器在基頻處產(chǎn)生具有足夠大聲功率的超聲波，并且還可以抑制驅(qū)動信號中的二次諧波，以減小激勵電路的非線性對檢測結(jié)果的影響。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種非線性電磁超聲激勵信號的功率放大裝置，包括:
[0008]一函數(shù)發(fā)生器、第一直流偏置電路、第二直流偏置電路、三繞組輸入變壓器、第一交流直流疊加電路、第二交流直流疊加電路、第一線性功率放大模塊電路、第二線性功率放大模塊電路、第三線性功率放大模塊電路、第四線性功率放大模塊電路、高壓直流電源、三繞組輸出變壓器和交流耦合電路；
[0009]所述函數(shù)發(fā)生器與一三繞組輸入變壓器的第一繞組的一端連接；所述第一直流偏置電路與一第一交流直流疊加電路連接；所述第一交流直流疊加電路還分別連接三繞組輸入變壓器的第二繞組的一端以及互為并聯(lián)關(guān)系的第一線性功率放大模塊電路和第二線性功率放大模塊電路；
[0010]所述第二直流偏置電路與第二交流直流疊加電路連接；所述第二交流直流疊加電路還分別連接三繞組輸入變壓器的第三繞組的一端以及互為并聯(lián)關(guān)系的第三線性功率放大模塊電路和第四線性功率放大模塊電路；
[0011]所述第一線性功率放大模塊電路和第二線性功率放大模塊電路還連接有三繞組輸出變壓器的第一繞組的一端；所述三繞組輸出變壓器的第一繞組的另一端連接有高壓直流電源；
[0012]所述第三線性功率放大模塊電路和第四線性功率放大模塊電路還連接有三繞組輸出變壓器的第二繞組的一端；所述三繞組輸出變壓器的第二繞組的另一端連接所述高壓直流電源；
[0013]所述三繞組輸出變壓器的第三繞組的一端連接有交流耦合電路的一端；所述交流耦合電路的另一端連接電磁超聲換能器。
[0014]具體的，所述第一直流偏置電路、第二直流偏置電路、三繞組輸入變壓器、第一交流直流疊加電路和第二交流直流疊加電路構(gòu)成一交流直流耦合電路；所述交流直流耦合電路包括:第一直流電壓源VCC1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、三繞組輸入變壓器TX1、輸入信號端Vin ;
[0015]所述第一直流電壓源VCC1連接第二電阻R2的一端；第二電阻R2的另一端同時接第一電阻R1的一端及第一二極管D1的陽極；所述第一電阻R1的另一端接地；所述第一二極管D1的陰極同時連接第三電容C3和第三電阻R3的一端，所述第三電容C3的另一端接地，所述第三電阻R3的另一端同時連接第一電容C1、第四電阻R4、第九電阻R9、第十電阻R10的一端；所述第一電容C1的另一端連接三繞組輸入變壓器TX1的第二繞組LSI的同名端；所述第四電阻R4的另一端接地；所述第一直流電壓源VCC1還連接第五電阻R5的一端，所述第五電阻R5的另一端同時連接第六電阻R6的一端及第二二極管D2的陽極；所述第六電阻R6的另一端接地，第二二極管D2的陰極同時連接一第四電容C4和第七電阻R7的一端；所述第四電容C4的另一端接地，所述第七電阻R7的另一端同時連接一第二電容C2、第八電阻R8、第十一電阻R11、第十二電阻R12的一端；所述第二電容C2的另一端連接所述三繞組輸入變壓器TX1的第三繞組LS2的異名端；所述第八電阻R8的另一端接地；所述三繞組輸入變壓器TX1的第二繞組LSI的異名端和第三繞組LS2的同名端均接地，所述三繞組輸入變壓器TX1的第一繞組Lp的同名端連接輸入信號端Vin，且所述三繞組輸入變壓器TX1的第一繞組Lp的異名端接地。
[0016]具體的，所述第一線性功率放大模塊電路、第二線性功率放大模塊電路、第三線性功率放大模塊電路、第四線性功率放大模塊電路、所述三繞組輸出變壓器、高壓直流電源以及交流耦合電路構(gòu)成的電路，包括:
[0017]第九電阻R9、第十電阻R10、第^^一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第二 ^^一電阻R21、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第二十五電阻R25、第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三^^一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第三十五電阻R35、第三十六電阻R36、第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39、第四十電阻R40、第四^^一電阻R41、第四十二電阻R42、第四十三電阻R43、第四十四電阻R44、第四十五電阻R45、第四十六電阻R46、第四十七電阻R47、第四十八電阻R48、第四十九電阻R49、第五十電阻R50、第五^^一電阻R51、第五十二電阻R52、第五十三電阻R53、第五十四電阻R54、第一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管Ml、第二 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M2、第三N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M3、第四N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M4、第五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M5、第六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M6、第七N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M7、第八N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M8、第九N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M9、第十N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M10、第^^一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M11、第十二 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M12、第十三N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M13、第十四N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M14、第十五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M15、第十六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M16、第十七N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M17、第十八N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M18、第十九N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M19、第二十N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M20、第一直流電壓源VCC1、第二直流電壓源VCC2、第五電容C5、第六電容C6和第七電容C7。
[0018]其中，所述第一線性功率放大模塊電路，包括:
[0019]第九電阻R9、第十三電阻R13、第一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管Ml、第十七電阻R17、第二^^一電阻R21、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24、第五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M5、第六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M6、第七N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M7、第八N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M8、第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39、第四十電阻R40 ；
[0020]所述第九電阻R9的另一端連接一第一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管Ml的柵極；所述第一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管Ml的漏極連接一第十三電阻R13的一端；所述第十三電阻R13的另一端連接第一直流電壓源VCC1 ;
[0021]所述第一 N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管Ml的源極同時連接第十七電阻R17、第二十一電阻R21、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十四電阻R24的一端；所述第十七電阻R17的另一端接地；
[0022]所述第二^^一電阻R21的另一端連接一第五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M5的柵極；所述第二十二電阻R22的另一端連接一第六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M6的柵極；所述第二十三電阻R23的另一端連接一第七N溝道功率MOS場效應(yīng)晶體管M7的柵極；所述第二十四電阻R24的另一端連接一第八N溝道功率MOS場效應(yīng)晶體管M8的柵極；
[0023]所述第五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M5的源極連接一第三十七電阻R37的一端；所述第六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M6的源極連接一第三十八電阻R38的一端；所述第七N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M7的源極連接一第三十九電阻R39的一端；所述第八N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M8的源極連接一第四十電阻R40的一端；
[0024]所述第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39、第四十電阻R40的另一端同時接地；
[0025]所述第五N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M5、第六N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M6、第七N溝道功率M0S場效應(yīng)晶體管M7、第八