[发明专利]超声相控阵激励装置

说明书

一、技术领域

本发明涉及的是一种激励装置，具体地说是一种多通道脉冲式超声相控阵激励装置。

二、技术背景

传统的超声检测系统中一般使用单通道探头，单探头对于检测不规则或复杂形状的工件，可靠性差，容易造成误判或(和)漏判。超声相控阵检测技术则采用多个阵元进行超声检测，采用电子方法控制波束聚焦和扫描，具有良好的波束可达性，不仅能对不规则或复杂形状的工件进行检测，而且能提高检测速度。由于各波束在焦点处相干叠加，检测信号的信噪比也有了极其显著的提高。为了实现波束的动态聚焦和偏转，需要一套多通道的超声相控阵发射系统，根据预先确定的延迟时间分别激励各个阵元。

超声相控阵发射波束形成中的关键环节是对各阵元的发射相位延迟进行精确控制，以得到灵活可控、指向性良好、焦点尺寸细小的聚焦波束，从而获得被测物体清晰成像。

过去在超声成像设备中一般使用模拟延迟线来实现相位延迟，这种延迟方式有三大缺点：(1)体积庞大，结构复杂；(2)不便实现动态聚焦和信号处理。(3)电气参数难以稳定。新的发展方向是用数字延迟来代替原来的模拟延迟，数字延迟由于精度高、控制方便，稳定性好等优点成为近年来的研究方向。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲式超声相控阵激励装置。

本发明的目的是这样实现的：它包括基于现场可编程门阵列(FPGA)发射波束形成器、可编程延迟电路和脉冲电压放大电路及保护电路；在FPGA发射波束形成器进行粗延迟后产生脉冲宽度可调的脉冲波；然后在可编程延迟电路内进行细延迟；再经过脉冲电压放大电路得到高压脉冲信号去激励相控阵换能器。

由于本发明采用了以上的设计方案，能够灵活地控制延迟时间和脉冲宽度，最高采样频率为100MHz，适用于中心频率为0.1～10MHz相控阵换能器，延迟精度为1ns。

(四)附图说明

图1是超声相控阵发射系统的原理图

图2是FPGA发射波束形成器

图3是精细延时电路原理图

图4是高压放大电路原理图

(五)具体实施方法

下面结合附图举例对本发明做更详细的描述：

结合图1，超声相控阵激励装置包括现场可编程门阵列(FPGA)发射波束形成器、可编程延迟电路和脉冲电压放大电路及保护电路。

结合图2，FPGA发射波束形成器根据预先确定的延迟时间和脉冲宽度，输出延迟和脉宽可调的脉冲波作为8个通道的激励源，在每个通道内，分别由延迟计数模块和脉宽计数模块组成，脉冲宽度应按下式调整：

W_p×f₀＝500    (1)

其中W_p为脉冲宽度；f₀为换能器的中心频率。

结合图3，单个通道的精细延迟电路分别由三个DS1020芯片级联构成，每个芯片的可编程延迟值通过串行数据输入引脚D和串行数据输出引脚Q进行传递，每个芯片的延迟时间相同；输出信号分别与脉冲放大电路的PIN，NIN和DAMP引脚相连。

结合图4，高压脉冲产生电路是各种脉冲超声检测仪器的核心电路，利用分立元件搭建的高压脉冲放大电路，不仅会占用更多的印刷电路板面积，而且性能也受到一定的影响，本发明利用HV732单片集成芯片设计高压脉冲发生器。其中PIN、NIN分别为脉冲信号的输入引脚，DAMP是使信号快速归零的输入引脚，输出端经过两个二极管BAV99差动输出。

在发射和接收方式下使用相同的换能器，换能器也要连接到接收电路的放大器，因此在发射高压脉冲波过程中，接收系统的放大器必须避免高压源的破坏，而且在接收回波过程中，最好在电路中去除高压源来消除脉冲发生器的噪声。本发明在发射端采用交叉二极管电桥式保护电路，来隔离发射高压脉冲。