用于高鐵鋼軌探傷的正負脈沖超聲發(fā)射接收板卡設計

作者：張玉華石永生楊國濤徐其瑞時間：2015-03-26 來源：電子產品世界

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編者按：　　摘要：目前在鋼軌探傷的超聲波發(fā)射電路中常用的是基于電容充放電原理的負尖脈沖的激勵方式，超聲波發(fā)射重復頻率受電容充放電速度的影響，且激勵電壓不恒定，直接導致測量結果定量困難。針對這一問題，提出了一種用于高鐵鋼軌探傷的正負脈沖激勵的超聲波發(fā)射電路，采用與超聲探頭周期相同的正負脈沖對探頭進行激勵，實驗結果表明，該超聲波發(fā)射電路脈沖在4KHz重復頻率下激勵電壓穩(wěn)定，接收電路通道間無干擾，符合高鐵鋼軌探傷使用要求。　　前言　　目前超聲系統(tǒng)使用的激勵波形主要有負尖脈沖、雙極性調諧脈沖、方波脈沖、階躍脈沖(

　　1.2 正負脈沖激勵的超聲波發(fā)射電路設計

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/271643.htm

　　正負脈沖激勵的超聲波發(fā)射電路示意圖如圖4所示，圖中OUTA、OUTB為正負脈沖控制信號，VPP、VNN分別為正負電壓電源，Q1為P溝道增強型DMOS管，Q2為N溝道增強型DMOS管，TX端接超聲波傳感器的發(fā)射端。

　　VPP與VNN可以根據(jù)超聲探頭的激勵電壓進行選擇。為保證超聲波發(fā)射功率和超聲波激勵脈沖的頻率，需要對Q1、Q2的參數(shù)進行限定。Q1、Q2的參數(shù)需滿足如下條件：

　　● 上升時間和關斷時間需小于100ns 鋼軌探傷中使用的超聲探頭頻率為3.5MHz和2.25MHz，為能產生3.5MHz的方波并保持一定寬度，Q1與Q2的上升時間與關段時間均應小于100ns;

　　●DS間耐壓需滿足BVDS<1.5*(VPP-VNN) 探頭施加電壓由正電壓VPP切換到負電壓VNN時，DMOS管的DS間承受電壓最大，為保險起見，安全系數(shù)取1.5;

　　● 脈沖電流ID需滿足探頭發(fā)射功率要求依據(jù)超聲探頭的電氣特性和測量發(fā)射功率要求，對DMOS管的瞬間電流ID進行選擇，本文選擇DMOS管的瞬間脈沖電流最大為2A。

　　1.3 超聲接收電路設計

　　高鐵鋼軌探傷車采用單收發(fā)方式，發(fā)射接收采用同一探頭，因此正負脈沖激勵信號同時施加在發(fā)射電路和接收電路上，需要對接收電路的輸入幅值進行限制，為不影響施加到超聲探頭上的電壓，需使用電阻將發(fā)射電壓與限幅線路進行隔離。超聲波回波信號的幅值為mV級，因此需要固定增益放大和可變增益放大電路對信號進行放大處理，固定增益放大一方面對信號進行放大，另一方面起阻抗匹配作用，可變增益放大電路用來進行超聲波的距離補償和閘門增益控制。超聲波接收電路功能框圖如圖5所示。