賈文水 王仁寶 郭立全

摘 要：文中設(shè)計(jì)了一種基于高壓直流電源的超聲波發(fā)射電路，利用電容特性在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷過程中產(chǎn)生的較高脈沖電壓來激勵超聲波換能器，并使用Multisim仿真軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得出了正確的仿真結(jié)果。

關(guān)鍵詞：高壓直流電源；超聲波；發(fā)射電路；Multisim

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）01-00-01

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，無損檢測技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中。因?yàn)槌暡ň哂卸ㄏ蛐院谩⒛芰考?，在傳輸過程中衰減較小，反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，不受光線、被測物顏色等的影響，在惡劣環(huán)境下具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此超聲波技術(shù)是無損檢測技術(shù)中極具優(yōu)勢的一種。本文著重介紹了利用高壓直流電源實(shí)現(xiàn)發(fā)送脈沖驅(qū)動信號的超聲波發(fā)射電路，并利用Multisim軟件對電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 發(fā)射電路原理圖設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

1.1 電路設(shè)計(jì)

發(fā)射電路原理如圖1所示。

V2為IGBT開關(guān)管Q1提供的方波驅(qū)動信號。電路上電時，當(dāng)MOS管Q1沒有驅(qū)動信號到來時，Q1關(guān)斷，V1高壓直流電源通過電阻R1、R2和電容C1組成的回路對C1充電，充電完成后，C1左側(cè)電勢約為U1。當(dāng)Q1的驅(qū)動信號為高電平時，Q1開關(guān)管導(dǎo)通，C1左側(cè)相當(dāng)于接地。由于電容兩端的電勢差不能突變，因此C1右側(cè)電勢將變?yōu)?U1，且隨著時間的推移逐漸衰減（電容放電），產(chǎn)生一個高壓脈沖驅(qū)動信號，此脈沖驅(qū)動信號通過匹配電阻R3和R4后被加在壓電換能器上，驅(qū)動換能器發(fā)出超聲波，該方式屬于脈沖激勵方式。V2驅(qū)動信號的占空比應(yīng)根據(jù)C1進(jìn)行調(diào)整，電容充放電時間需要根據(jù)發(fā)射的超聲波主頻率來確定。其中，電容C1充放電的時間計(jì)算方法如下：

充放電時間為：τ=1/（ReqC1），其中：Req=R1+R2。

1.2 電路仿真結(jié)果

電路仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2中，通道A為V2輸出的Q1方波驅(qū)動信號，其占空比為12%，方波幅值為+5 V，頻率為1 MHz。通道B為發(fā)射電路輸出的脈沖驅(qū)動信號波形，其輸出信號幅值約為-450 V，此電壓水平足以驅(qū)動許多換能器，頻率為1 MHz，且波形較為穩(wěn)定，無其他雜波，對于超聲波信號的處理而言具有很大好處。由仿真結(jié)果可知，文中所設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射電路符合要求。

2 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射電路由高壓直流電源供電，電路設(shè)計(jì)較為簡單，在1 MHz頻率下依然能夠發(fā)出較高的驅(qū)動電壓，對解決高頻率下電壓限制問題具有很大的幫助。對此電路進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并通過仿真軟件驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的正確性。

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