[发明专利]便携式高压多脉冲超声波发射装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压多脉冲参数可调超声波发射装置，属于工业超声无损检测技术领域，用于低压直流电产生脉冲超声波的场合。

背景技术

超声无损检测技术已经广泛应用在工业中，便携超声检测设备中常见的超声波发射电路采用Boost升压电路产生高压尖脉冲激励超声换能器产生超声波，利用尖脉冲频谱宽的特性来适应不同频率的超声换能器，脉冲电压越高则激励的超声波能量越大，但是超声换能器都有最高耐压值，激励电压超过最高耐压值就容易损坏换能器，这种激励方式可以用来测厚或对超声波能量要求不高的场合。对于高能量超声波的激励方式常用信号发生器配合大功率模拟功放实现，但是因为功放电路处于模拟放大状态，功耗大，所以一般这种功放体积大，对于野外检测非常不方便。所以就需要一种新型的便携的能够发射高能量超声波的超声波发射装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携的能够发射高能量超声波的超声波发射装置。该装置采用反激式开关方式升压和推挽式输出激励，可由低压直流电产生高压连续脉冲，激励超声换能器产生超声波。本装置能够发射连续高压脉冲激励超声换能器产生超声波，激励电压越高、激励脉冲周期数越多，发射的超声波能量越大。本装置可以根据需要对激励电压、激励脉冲周期数、激励频率和激励间隔周期四个参数进行调整。

本发明的技术方案如下：

一种便携式高压多脉冲超声波发射装置，包括高压升压电路(1)、脉冲激励电路(2)、单片机电路(3)和超声换能器(4)，其特征在于：单片机电路(3)连接高压升压电路(1)，控制高压升压电路(1)的输出电压，高压升压电路(1)的输出电压再反馈给单片机电路(3)实现输出电压的闭环控制；单片机电路(3)与脉冲激励电路(2)连接，控制脉冲激励电路(2)产生高压脉冲；高压升压电路(1)连接脉冲激励电路(2)，为脉冲激励电路(2)提供高压电源；脉冲激励电路(2)与超声换能器(4)连接，激励超声换能器(4)产生超声波。

单片机电路(3)包括单片机STM32F103C8T6，以及典型复位电路、典型晶振电路和典型JTAG仿真接口电路；单片机STM32F103C8T6的PA1端口输出PWM信号到高压升压电路(1)的PWM-IN端口，PWM信号的产生由单片机STM32F103C8T6采用TIMER2定时器的PWM功能实现，单片机的PA0端口作为单片机电路(3)的FEEDBACK端口用来接收高压升压电路(1)的反馈电压；单片机的PA2和PA3端口用于向脉冲激励电路(2)发送脉冲控制信号。

高压升压电路(1)由MOS管、高频变压器、储能电容、DCR尖峰吸收电路、低通滤波电路和电压反馈电路组成；单片机PA1口连接MOS管的G极，控制MOS管的导通与截止，MOS管S极接地；高频变压器初级绕组连接在MOS管D极和电源之间，DCR尖峰吸收电路并接在高频变压器初级绕组两端用于吸收MOS管关断瞬间初级绕组产生的高压尖脉冲，高频变压器的次级绕组一端接地，一端通过二极管连接储能电容，当MOS管导通时，电源向变压器初级绕组充入能量，当MOS管截止时，高频变压器次级绕组通过二极管向储能电容放电实现升压；储能电容通过并接低通滤波电路滤波后输出稳定的高压直流信号；电压反馈电路并接在储能电容两端，输出反馈电压到单片机的PA0口；电压反馈电路由分压电阻和电容组成，电容与电阻并联后一端接地，另一端串联电阻，然后并联在储能电容两端。

低通滤波电路由一个π型低通滤波电路并联一个一阶阻容低通滤波电路构成，所述的π型低通滤波电路由两个电容和一个电阻构成。

脉冲激励电路(2)由MOS管驱动电路、延时电路、推挽电路和隔离电路组成；MOS管驱动电路是由MOS管驱动芯片IR2110及其外围器件构成的典型悬浮自举升压电路组成，MOS管驱动芯片的输入端HIN和LIN分别连接单片机的PA3口和PA2口，MOS管驱动芯片的高端输出端(HO)通过延时电路连接推挽电路的高端MOS管的G极，控制高端MOS管的导通与截止，低端输出端(LO)通过延时电路连接推挽电路的低端MOS管的G极，控制低端MOS管的导通与截止，推挽电路中高端MOS管的漏极经限流电阻与高压升压电路(1)的输出端相连；推挽电路的输出通过隔离电路连接超声换能器(4)；延时电路由电阻和二极管并接组成，能够缩短MOS管关断延时，避免推挽电路的高/低端MOS管同时导通；当单片机PA3口和PA2口输出高频方波信号时(PA2口信号与PA3口信号反相)，推挽电路输出高频高压方波脉冲信号，激励超声换能器(4)产生超声波。

延时电路由电阻和二极管并联组成，二极管正极接MOS管的G极。