[发明专利]一种门控式电磁超声导波功率放大装置

说明书

技术领域

本发明是关于电磁超声导波无损检测技术，具体地，是关于一种门控式电磁超声导波功率放大装置。

背景技术

金属板、杆和管等结构广泛应用于航空航天、船舶、石油化工和特种设备等行业，在使用过程中，这些结构常会受到应力、冲击、热疲劳等因素的影响，容易产生腐蚀、裂纹和穿孔等损伤。因此，对这些结构的定期无损检测对于维护它们的安全运行具有重要意义。电磁超声导波检测技术既克服了传统的压电超声检测需要耦合剂的缺点，同时又便于实现结构的长距离、大范围和全结构检测，是实现导体类波导结构定期无损检测的有效方法。为实现电磁超声导波检测，需要检测装置能输出时域和频带均较窄的激励信号，且其输出信号的功率应能达到千瓦以上。

现有能输出时域和频带均较窄的激励信号的超声检测装置，大都是采用连续功放的原理实现的。这类超声检测装置中的功率放大模块可用于放大一定频率范围内的时域和带宽均较窄的信号以驱动压电换能器产生超声导波，但其输出信号的功率较小，难以激励电磁超声换能器产生超声导波。且由于上述装置中功率放大模块为连续工作方式，使得功率放大模块一直处于耗能状态，对于只需要较高激励电压即可有效驱动的压电换能器而言，由于压电换能器对激励信号的输出功率要求不高，采用连续工作方式实现的功率放大模块的功耗和发热量都不大。但由于电磁超声换能器需要的激励信号的功率很大，如采用连续工作方式实现的功率放大模块，会导致仪器系统的功耗和发热量都较大。因此，在功率放大装置输出瞬态功率不降低的情况下，如何有效减小其体积和功耗，对于电磁超声导波检测技术的现场便携式应用及构建电磁超声导波阵列检测系统都具有重大的意义，也是目前该领域的研究难点。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明实施例的目的是提供一种小体积、低功耗、且能放大时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号至足以驱动电磁超声换能器产生超声导波的门控式电磁超声导波功率放大装置。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置，所述的门控式电磁超声导波功率放大装置包括：第一直流电源、第二直流电源、门控开关电路、门控信号源、任意波形发生器、单端-差分转换电路、1号门控与交流信号合成电路、2号门控与交流信号合成电路、1号第一级驱动电路、2号第一级驱动电路、1号第二级驱动电路、2号第二级驱动电路、1号功率放大电路、2号功率放大电路、差分-单端转换电路、隔离电路及电磁超声换能器，其中，所述门控信号源向所述门控开关电路输出TTL控制信号，控制所述门控开关电路导通；在所述门控开关电路导通时间内，所述第一直流电源经所述门控开关电路分别为所述的1号门控与交流信号合成电路及2号门控与交流信号合成电路提供直流电压，形成具有导通时间宽度的门控控制信号；所述任意波形发生器向所述单端-差分转换电路发送时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号；所述单端-差分转换电路将所述脉冲信号转换为幅值相等、相差180°的同向脉冲信号及反向脉冲信号，并将所述同向脉冲信号传送至所述的1号门控与交流信号合成电路，将所述反向脉冲信号传送至所述的2号门控与交流信号合成电路；所述1号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述同向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的同向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号传送至所述的1号第一级驱动电路；所述2号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述反向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的反向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号传送至所述的2号第一级驱动电路；所述1号第一级驱动电路、1号第二级驱动电路及1号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的同向交流信号，并将所述放大后的同向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的一个差分输入端；所述2号第一级驱动电路、2号第二级驱动电路及2号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的反向交流信号，并将所述放大后的反向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的另一个差分输入端；所述差分-单端转换电路将所述放大后的同向交流信号及放大后的反向交流信号进行合成，生成与所述脉冲信号同向的功率放大后的脉冲信号，并将所述功率放大后的脉冲信号传送至所述的隔离电路；所述隔离电路连接于所述的差分-单端转换电路与电磁超声换能器之间，以隔离所述功率放大后的脉冲信号中的噪声对所述电磁超声换能器的影响，并向所述电磁超声换能器传送隔离噪声后的激励信号。