一種門控式電磁超聲導波功率放大裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于電磁超聲導波無損檢測技術(shù)，具體地，是關(guān)于一種門控式電磁超聲導波功率放大裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬板、桿和管等結(jié)構(gòu)廣泛應用于航空航天、船舶、石油化工和特種設(shè)備等行業(yè)，在使用過程中，這些結(jié)構(gòu)常會受到應力、沖擊、熱疲勞等因素的影響，容易產(chǎn)生腐蝕、裂紋和穿孔等損傷。因此，對這些結(jié)構(gòu)的定期無損檢測對于維護它們的安全運行具有重要意義。電磁超聲導波檢測技術(shù)既克服了傳統(tǒng)的壓電超聲檢測需要耦合劑的缺點，同時又便于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的長距離、大范圍和全結(jié)構(gòu)檢測，是實現(xiàn)導體類波導結(jié)構(gòu)定期無損檢測的有效方法。為實現(xiàn)電磁超聲導波檢測，需要檢測裝置能輸出時域和頻帶均較窄的激勵信號，且其輸出信號的功率應能達到千瓦以上。
[0003]現(xiàn)有能輸出時域和頻帶均較窄的激勵信號的超聲檢測裝置，大都是采用連續(xù)功放的原理實現(xiàn)的。這類超聲檢測裝置中的功率放大模塊可用于放大一定頻率范圍內(nèi)的時域和帶寬均較窄的信號以驅(qū)動壓電換能器產(chǎn)生超聲導波，但其輸出信號的功率較小，難以激勵電磁超聲換能器產(chǎn)生超聲導波。且由于上述裝置中功率放大模塊為連續(xù)工作方式，使得功率放大模塊一直處于耗能狀態(tài)，對于只需要較高激勵電壓即可有效驅(qū)動的壓電換能器而言，由于壓電換能器對激勵信號的輸出功率要求不高，采用連續(xù)工作方式實現(xiàn)的功率放大模塊的功耗和發(fā)熱量都不大。但由于電磁超聲換能器需要的激勵信號的功率很大，如采用連續(xù)工作方式實現(xiàn)的功率放大模塊，會導致儀器系統(tǒng)的功耗和發(fā)熱量都較大。因此，在功率放大裝置輸出瞬態(tài)功率不降低的情況下，如何有效減小其體積和功耗，對于電磁超聲導波檢測技術(shù)的現(xiàn)場便攜式應用及構(gòu)建電磁超聲導波陣列檢測系統(tǒng)都具有重大的意義，也是目前該領(lǐng)域的研究難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實施例的目的是提供一種小體積、低功耗、且能放大時域較短且頻率窄帶的小功率脈沖信號至足以驅(qū)動電磁超聲換能器產(chǎn)生超聲導波的門控式電磁超聲導波功率放大裝置。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供一種門控式電磁超聲導波功率放大裝置，所述的門控式電磁超聲導波功率放大裝置包括:第一直流電源、第二直流電源、門控開關(guān)電路、門控信號源、任意波形發(fā)生器、單端-差分轉(zhuǎn)換電路、I號門控與交流信號合成電路、2號門控與交流信號合成電路、I號第一級驅(qū)動電路、2號第一級驅(qū)動電路、I號第二級驅(qū)動電路、2號第二級驅(qū)動電路、I號功率放大電路、2號功率放大電路、差分-單端轉(zhuǎn)換電路、隔離電路及電磁超聲換能器，其中，所述門控信號源向所述門控開關(guān)電路輸出TTL控制信號，控制所述門控開關(guān)電路導通；在所述門控開關(guān)電路導通時間內(nèi)，所述第一直流電源經(jīng)所述門控開關(guān)電路分別為所述的I號門控與交流信號合成電路及2號門控與交流信號合成電路提供直流電壓，形成具有導通時間寬度的門控控制信號；所述任意波形發(fā)生器向所述單端-差分轉(zhuǎn)換電路發(fā)送時域較短且頻率窄帶的小功率脈沖信號；所述單端-差分轉(zhuǎn)換電路將所述脈沖信號轉(zhuǎn)換為幅值相等、相差180°的同向脈沖信號及反向脈沖信號，并將所述同向脈沖信號傳送至所述的I號門控與交流信號合成電路，將所述反向脈沖信號傳送至所述的2號門控與交流信號合成電路；所述I號門控與交流信號合成電路將所述門控控制信號與所述同向脈沖信號疊加生成具有門控直流偏置的同向交流輸入信號，并將所述具有門控直流偏置的同向交流輸入信號傳送至所述的I號第一級驅(qū)動電路；所述2號門控與交流信號合成電路將所述門控控制信號與所述反向脈沖信號疊加生成具有門控直流偏置的反向交流輸入信號，并將所述具有門控直流偏置的反向交流輸入信號傳送至所述的2號第一級驅(qū)動電路；所述I號第一級驅(qū)動電路、I號第二級驅(qū)動電路及I號功率放大電路在導通時間內(nèi)將所述具有門控直流偏置的同向交流輸入信號中的交流信號進行逐級放大，生成放大后的同向交流信號，并將所述放大后的同向交流信號傳送至所述差分-單端轉(zhuǎn)換電路的一個差分輸入端；所述2號第一級驅(qū)動電路、2號第二級驅(qū)動電路及2號功率放大電路在導通時間內(nèi)將所述具有門控直流偏置的反向交流輸入信號中的交流信號進行逐級放大，生成放大后的反向交流信號，并將所述放大后的反向交流信號傳送至所述差分-單端轉(zhuǎn)換電路的另一個差分輸入端；所述差分-單端轉(zhuǎn)換電路將所述放大后的同向交流信號及放大后的反向交流信號進行合成，生成與所述脈沖信號同向的功率放大后的脈沖信號，并將所述功率放大后的脈沖信號傳送至所述的隔離電路；所述隔離電路連接于所述的差分-單端轉(zhuǎn)換電路與電磁超聲換能器之間，以隔離所述功率放大后的脈沖信號中的噪聲對所述電磁超聲換能器的影響，并向所述電磁超聲換能器傳送隔離噪聲后的激勵信號。
[0006]在一實施例中，上述的門控開關(guān)電路包括:P溝道場效應管Ml、NPN型雙極性晶體管Q1、第一電阻R1、第二電阻R2及第三電阻R3，其中，所述第二電阻R2的第I端作為所述TTL控制信號的輸入端，第二電阻R2的第2端同時連接所述NPN型雙極性晶體管Ql的基極及第三電阻R3的第I端，所述第三電阻R3的第2端接地；所述NPN型雙極性晶體管Ql的發(fā)射極接地，集電極同時連接所述P溝道場效應管Ml的柵極及第一電阻Rl的第2端；所述P溝道場效應管Ml的源極與第一電阻Rl的第I端同時接至所述第一直流電源的輸出端，所述P溝道場效應管(Ml)的漏極作為所述門控開關(guān)電路的輸出端。
[0007]在一實施例中，上述的單端-差分轉(zhuǎn)換電路主要由傳輸線變壓器TXl構(gòu)成，所述傳輸線變壓器TXI包括:同向輸入端、反向輸入端、同向輸出端及反向輸出端，其中，所述同向輸入端與所述任意波形發(fā)生器連接，所述反向輸入端接地，所述同向輸出端與所述的I號門控與交流信號合成電路連接，所述反向輸出端與所述2號門控與交流信號合成電路連接。
[0008]在一實施例中，上述的I號門控與交流信號合成電路包括:第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容Cl、第二電容C2、第四電阻R4、第五電阻R5及第六電阻R6，其中，所述門控開關(guān)電路的輸出端經(jīng)正向?qū)ǖ乃龅牡谝欢O管D1、第二二極管D2后同時與所述第四電阻R4的第I端及第一電容Cl的第I端連接，所述第一電容Cl的第2端接地；所述第四電阻R4的第2端同時接所述第二電容C2的第I端和第五電阻R5的第I端，所述第二電容C2的第2端作為所述同向脈沖信號的輸入端口，所述第五電阻R5的第2端接所述第六電阻R6的第I端，此連接點作為I號門控與交流信號合成電路的輸出端口，第六電阻R6的第2端接地。
[0009]在一實施例中，上述的I號第一級驅(qū)動電路包括:N溝道場效應管M2、第七電阻R7及第八電阻R8，其中，所述N溝道場效應管M2的柵極作為I號第一級驅(qū)動電路的輸入端口，直接連接I號門控與交流信號合成電路的輸出端口 ；所述第七電阻R7串接于所述N溝道場效應管M2的漏極及第一直流電源之間；所述N溝道場效應管M2的源極通過所述第八電阻R8串聯(lián)至地。
[0010]在一實施例中，上述的I號第二級驅(qū)動電路包括:第一 N溝道功率場效應管M4、第二 N溝道功率場效應管M5，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及第十九電阻R19，其中，所述N溝道場效應管M2的源極分別經(jīng)所述第十四電阻R14及第十五電阻R15串聯(lián)至所述第一 N溝道功率場效應管M4及第二 N溝道功率場效應管M5的柵極；所述第十六電阻R16串接在所述第一 N溝道功率場效應管M4的漏極與所述第一直流電源之間；所述第十七電阻R17串接在所述第二 N溝道功率場效應管M5的漏極與所述第一直流電源之間；所述第十八電阻R18串接在所述第一 N溝道功率場效應管M4的源極與地之間；所述第十九電阻R19串接在所述第二 N溝道功率場效應管M5的源極與地之間。
[0011]在一實施例中，上述的I號功率放大電路包括:第五N溝道功率場效應管M8、第六N溝道功率場效應管M9、第七N溝道功率場效應管MlO、第八N溝道功率場效應管Ml 1、第九N溝道功率場效應管M12、第十N溝道功率場效應管M13、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、第五十二電阻R52、第五十三電阻R53、第五十四電阻R54、第五十五電阻R55、第五十六電阻R56、第五十七電阻R57、第五電容C5、第六電容C6、第九電容C9、第十電容C10、第^^一電容C11、第十二電容C12、第十三電容C13、第十四電容C14、第一電解電容CPl及第一電感LI，其中，所述第五N溝道功率場效應管M8、第六N溝道功率場效應管M9、第七N溝道功率場效應管M10、第八N溝道功率場效應管Ml 1、第九N溝道功率場效應管M12及第十N溝道功率場效應管M13的漏極并聯(lián)后作為所述I號功率放大電路的輸出端口，并接至所述第三十八電阻R38的第I端，所述第三十八電阻38的第2端同時接所述第五電容C5的第I端和第一電感LI的第I端，所述第一電感LI的第2端與第六電容C6的第I端、第一電解電容CPl的正端同時接至所述的第二直流電源，所述第五電容C5的第2端、第六電容C6的第2端及第一電解電容CPl的負端同時接地；所述第一 N溝道功率場效應管M4的源極分別經(jīng)所述第二十六電阻R26、第二十七電阻R27、第二十八電阻R28串接至所述第五N溝道功率場效應管M8、第六N溝道功率場效應管M9、第七N溝道功率場效應管MlO的柵極；所述第二 N溝道功率場效應管M5的源極分別經(jīng)所述第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三^^一電阻R31串接至所述第八N溝道功率場效應管Ml 1、第九N溝道功率場效應管M12、第十N溝道功率場效應管M13的柵極；第九電容C9和第五十二電阻R52串聯(lián)后接在所述第五N溝道功率場效應管M8的漏極和柵極之間；第十電容ClO和第五十三電阻R53串聯(lián)后接在所述第六N溝道功率場效應管M9的漏極和柵極之間；第十一電容Cll和第五十四電阻R54串聯(lián)后接在所述第七N溝道功率場效應管MlO的漏極和柵極之間；第十二電容C12和第五十五電阻R55串聯(lián)后接在所述第八N溝道功率場效應管Mll的漏極和柵極之間；第十三電容C13和第五十六電阻R56串聯(lián)后接在所述第九N溝道功率場效應管M12的漏極和柵極之間；第十四電容C14和第五十七電阻R57串聯(lián)后接在所述第十N溝道功率場效應管M13的漏極和柵極之間；所述第五N溝道功率場效應管M8、第六N溝道功率場效應管M9、第七N溝道功率場效應管MlO、第八N溝道功率場效應管Ml 1、第九N溝道功率場效應管M12及第十N溝道功率場效應管M13的源極分別經(jīng)所述第三十二電阻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串聯(lián)至地。
[0012]在一實施例中，上述的2號門控與交流信號合成電路包括:第三二極管D3、第四二極管D4、第三電容C3、第四電容C4、第九電阻R9、第十電阻RlO及第^^一電阻RlI，其中，所述門控開關(guān)電路的輸出端經(jīng)正向?qū)ǖ乃龅牡谌O管D3、第四二極管D4后同時與所述第九電阻R9的第I端及第三電容C3的第I端連接，所述第三電容C3的第2端接地；所述第九電阻R9的第2端同時接第四電容C4的第I端和第十電阻RlO的第I端，所述第四電容C4的第2端作為所述反向脈沖信號的輸入端口，所述第十電阻RlO的第2端接所述第十一電阻Rll的第I端，此連接點作為2號門控與交流信號合成電路的輸出端口，所述第i^一電阻Rll的第2端接地。
[0013]在一實施例中，上述的2號第一級驅(qū)動電路包括:N溝道場效應管