[实用新型]激励压电换能器阵列产生超声导波的任意波形激励板卡

说明书

技术领域

实现了一种用于激励压电换能器阵列产生任意波形的超声导波激励板卡，属于无损检测领域。 

背景技术

在工业领域中基于超声导波技术对管道及板类结构健康状况检测是一门正快速发展的检测技术，它的最大优点是检测时安全、简便、可靠、准确而且精度高。该技术的核心是要激励出适合在检测对象中传播的超声导波，鉴于检测对象结构材料的复杂多样性和检测小缺陷算法的需要，激励板卡应提供能激励频率幅值可调的任意波形的能力。如要实现超声导波的时反聚焦来提高小缺陷检测能力，需要激励板卡能发射幅值可程控的任意形状高压脉冲波形；如要实现扫频检测需要激励板卡能发射具有一定带宽的高压扫频波，以提高检测速度。目前，国际上广泛使用的用于长距离检测的两种导波检测设备，一种是英国GUL公司的针对压电换能器阵列设计的WaveMarker G3，另外一种是由美国西南研究院针对磁致伸缩换能器开发的MsSR3030导波检测系统，这两种设备都是通过在频散较小的频率点激励单一模态来实现缺陷检测。因而，这些设备中的激励板卡都只能生成某种固定类型的窄带脉冲，不具备激励压电换能器产生任意波形的功能，对导波检测技术的进一步发展产生了极大的限制。 

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可激励任意波形的可程控、宽带、大功率、小体积、易扩展的激励板卡。 

本实用新型中的激励压电换能器阵列产生超声导波的任意波形激励板卡，包括可接收上位机波形数据点的USB接口电路，用于存储波形数据点的SRAM，将波形数据点按照一定时序转换形成波形模拟信号的波形合成电路，控制USB接口电路、SRAM、波形合成电路进行波形数据点接收、存储和合成的FPGA，将波形模拟信号进行功率放大的波形功放电路；其中波形功放电路采用差分放大结构，可有效减少放大信号的干扰和失真，与能够形成各种波形的波形合成电路配合，实现了能够产生各种波形的超声导波激励板卡。 

所述的波形功放电路的主要功能是将波形合成激励模块所产生的小功率激励波形信号进行功率放大，以便能有效激励压电传感器阵列产生超声导波信号，该部分要能实现宽带大功率线性放大。为实现上述目的，首先将不平衡信号用功率分配器变成两路平衡信号，然后将两路信号分别进行功率放大，用功率合成器将放大后的两路信号进行功率合成为一路不平衡信号，采用差分放大的结构，可有效减小谐波失真。为进行大范围长距离检测，需要产生有较大能量的激励信号，选用大功率的MOS场效应管和大功率分立元件构成的外围电路来实现功率放大系统。为了拓展输出信号的带宽，在每路放大电路的场效应管的漏极和栅极之间引入负反馈。 

所述波形功放电路由下面器件连接而成： 

其中的场效应管为U27和U14，U14和U27的偏置电压由电压源VCC3提供，VCC3经滤波后分别通过两路偏置电路为U27和U14提供偏置电压，其中一路偏置电路由电位器R50、二极管D10、电阻R25串联接至U27的栅极，再由U27的栅极串接电阻R32至地而成，另一路偏置电路由电位器R53、二极管D11、电阻R33、电阻R34串联接至U14的栅极，再由U14的栅极串接电阻R35至地而成，其中的二极管D10和二极管D11皆正向连接；U27和U14的漏极分别经电阻R26和电阻R30再通过滤波电路接VCC3；U27和U14的源极分别经并联的电阻R9、电容C10和并联的电阻R10、电容C18接地。 

其中的功率分配变压器为TR1，TR1的原端接波形模拟信号，TR1的输出形成两路差模信号，分别接到U27和U14，其中一路通过电容C7、电阻R31接至U27的栅极，另外一路通过电容C20、电阻R34接至U14的栅极。 

U27和U14的漏极作为输出分别经电容C28和电容C29接到功率合成变压器TR2的1脚和3脚；TR2的2脚和TR3的1脚、4脚相连，TR2的4脚和TR3的3脚接地，TR3的2脚作为合成信号输出，其中TR3的2脚直接BNC2，且经电阻R36接地。 

所述反馈电路分别接在U27和U14的漏极和栅极之间，该反馈电路由电阻和电容组成，其中，U27的漏极和栅极间由电容C9和电阻R38相连；U14的漏极和栅极间由电容C48和电阻R39相连。 

在U27和U14的源极和栅极间分别接有保护电路，该保护电路由两个对接的二极管构成，其中，U27的漏极和栅极间为D14、D15；U14的漏极和栅极间为D12、D13。 

在电压源VCC3与场效应管U27和U14的栅极和漏极间设有滤波电路，该滤波电路皆采用由电容和电感组成的滤波器，其结构分为三路，