低壓電源的超聲波發(fā)射電路設(shè)計

超聲波的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，比如軍事上的聲納技術(shù)，工業(yè)上的無損探傷、測距、測厚，生物醫(yī)學(xué)上的診斷和手術(shù)，農(nóng)業(yè)上的超聲育種、超聲培苗、超聲催產(chǎn)等。

　　在超聲波應(yīng)用領(lǐng)域中，超聲波發(fā)射電路是系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和測量系統(tǒng)等在性能和精度方面的要求不斷提高，檢測儀器向高集成度、高靈敏度、低功耗及模塊化方向發(fā)展。其中，超聲發(fā)射電路是影響其性能的關(guān)鍵技術(shù)。超聲發(fā)射電路的主要功能是用來產(chǎn)生不同形式的超聲波，以滿足實際需要。目前，超聲波發(fā)射電路設(shè)計方法眾多，其供電直流電壓一般較高，以產(chǎn)生幾十到幾百伏的超聲脈沖激發(fā)電信號。利用低的直流電壓產(chǎn)生高的電壓激發(fā)脈沖，不僅可以提高檢測靈敏度，增加檢測有效范圍，提高檢測信號的抗干擾能力，同時可以使得發(fā)射電路的體積減小，成本降低，便于儀器小型化。

　　本文通過對現(xiàn)有超聲波檢測發(fā)射電路的研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種簡單、可靠、實用的發(fā)射電路。該電路以5V低壓電源供電，RLC串聯(lián)諧振產(chǎn)生高壓脈沖信號，滿足電路便攜和安全性要求，改善了檢測裝置的靈敏度和抗干擾能力，取得了良好的效果。

2、超聲波檢測發(fā)射電路基本結(jié)構(gòu)

　　檢測電路的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由控制信號、隔離環(huán)節(jié)、驅(qū)動電路、RLC電路和直流高壓等部分組成。控制信號實現(xiàn)脈沖超聲波發(fā)射控制的功能。隔離電路用來防止發(fā)射電路可能對其它電路造成電磁干擾，防止其它電路被燒壞。脈沖信號通過功率絕緣柵場效應(yīng)管的高速關(guān)斷來產(chǎn)生，驅(qū)動功率絕緣柵場效應(yīng)管相當(dāng)于驅(qū)動帶容性負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)，在高頻工作時電子開關(guān)的電氣特性對系統(tǒng)的性能有很大影響，絕緣柵場效應(yīng)管電容的充、放電造成的損耗十分顯著，為提高脈沖幅值需增強(qiáng)絕緣柵場效應(yīng)管的開關(guān)特性，需要合理的驅(qū)動電路，常用的場效應(yīng)管驅(qū)動電路有CMOS緩沖器并聯(lián)驅(qū)動、場效應(yīng)管對管驅(qū)動和雙極性三極管功率驅(qū)動3種形式[1]。RLC電路通過諧振產(chǎn)生高頻信號，通過匹配網(wǎng)絡(luò)來調(diào)諧使電路工作在換能器的諧振頻率。直流高壓電源由直流逆變器或其它電源模塊來實現(xiàn)。

?

?

?

?

　　式（3）以為未知量的RLC串聯(lián)電路放電的微分方程，特征方程是

?

　　從電流表達(dá)式可以看出，在整個過程中，波形將呈現(xiàn)衰減振蕩的狀態(tài)。根據(jù)（6）式可以得出：即為電流的極值點。綜合上述分析要使電路產(chǎn)生高頻尖脈沖在電路參數(shù)選擇上，要合理選擇參數(shù)，晶體管的開啟和響應(yīng)時間要短，阻尼比盡可能小，衰減因子要大，振蕩頻率 要高。當(dāng)頻率匹配時探頭工作在最佳狀態(tài)[4-6]。

5、總結(jié)

　　超聲檢測發(fā)射電路以5V低壓電源供電。RLC串聯(lián)諧振，電感儲能產(chǎn)生高頻觸發(fā)脈沖，電路不需要高壓直流電源供電，就能獲得理想的觸發(fā)信號。并闡述了電路參數(shù)對脈沖信號的影響。所設(shè)計的電路簡單、安全、實用，對檢測裝置的靈敏度和抗干擾能力有所改善。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 馮紅亮，肖定國，徐春廣，周世圓。脈沖超聲傳感器激發(fā)/接受電路設(shè)計[J]。儀表技術(shù)與傳感器，2003（121）：30-32。
　　[2] 宋建平。超聲探傷儀收發(fā)電路研究[J]。電子工程師，2004，30（6）：16-18