[发明专利]一种超声换能器激发系统

说明书

本发明公开了一种超声换能器激发系统，本发明包括DAC信号调理模块、功率放大模块、阻抗匹配模块和超声换能器；所述DAC信号调理模块，用以将0至3.0V数字正弦波信号转换成正负变化的交流模拟信号，并对交流模拟信号幅值进行放大处理；所述功率放大模块，用以将交流模拟信号电压和电流进行放大，提高功率，驱动后级电路；所述阻抗匹配模块，用以将功率放大模块输出阻抗与超声换能器阻抗进行匹配，进而激发超声换能器产生超声波；本发明的超声换能器激发系统激励源采用正弦波，输出激励信号为差分正弦波，提高激发效率的同时给系统应用带来极大地灵活性。

技术领域

本发明属于超声测量技术领域，特别是一种超声换能器激发系统。

背景技术

超声波具有方向性好、穿透能力强、声能集中等特点，在测距、测速等测量技术领域有广泛应用。在超声激发系统中，常见激励源有脉冲信号、正弦波信号、线性调频信号、幅值调制的正弦波信号，激励源不同影响回波信号的幅值和稳定性。目前大多数超声激发系统都采用脉冲信号作为激励信号，根据实验研究，在相同激励源个数和电压幅值的情况下，其回波幅值和稳定性均不如正弦波信号。

超声信号传播过程中，尤其在气体中，能量衰减比较快，若是激发系统效率低，对超声换能器激发稳定性不佳，则会影响回波信号的信噪比，对相关实际应用精度的降低会有较大程度影响。且现有超声换能器激发系统多为单端信号输出，超声换能器负电极做接地处理，这也会降低超声换能器被激发的效率。

本发明针对以上问题，提供一种超声换能器激发系统，以解决现有的超声无损检测系统采用谐波分量较多的方波，且超声换能器一端接地，只有一端接收周期变化的激励信号，导致效率不高，回波信号信噪比不高的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超声换能器激发系统，包括超声换能器，其特征在于，还包括DAC信号调理模块、功率放大模块、阻抗匹配模块；其中，

所述超声换能器，用以响应激励，形成谐振，发出超声波；

所述DAC信号调理模块，用以跟随DAC输出的正弦信号，将正弦信号转换成正负变化的交流信号，并对幅值进行放大；

所述功率放大模块，用以将DAC信号调理模块输出的信号电压幅值和电流幅值同时放大，提高功率，驱动后级电路；

所述阻抗匹配模块，用以将功率放大模块输出阻抗与超声换能器阻抗进行匹配，进而以最高效率激发超声换能器产生超声波。

进一步，作为优选，所述DAC信号调理模块包括跟随缓冲级和反向放大级；其中，

所述跟随缓冲级的同向端+INA接收数模转换器输出的正弦信号，所述跟随缓冲级的反向端-INA与其输出端OUTA直连；

所述反向放大级包括串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4；所述第一电阻R1、第二电阻R2串联，所述第一电阻R1、第二电阻R2之间连线的中间节点连接所述跟随缓冲级的反向输入端-INB；所述第三分压电阻R3、第四分压电阻R4的阻值相同；

所述第一电阻R1另一端与所述跟随缓冲级输出端OUTA连接；所述第二电阻R2另一端与反向放大级输出端OUTB连接；所述第三分压电阻R3、第四分压电阻R4串联，且所述第三分压电阻R3、第四分压电阻R4之间连线的中间节点连接所述跟随缓冲级的同向端+INB，第三分压电阻R3的另一端连接+3V参考电压，第四分压电阻R4的另一端接地。

进一步，作为优选，所述DAC信号调理模块采用双电源供电，所述DAC信号调理模块调理的正弦波信号为0至3.0V的数字正弦波信号。

进一步，作为优选，所述功率放大模块包括功率运算放大器U1和功率运算放大器U2；所述功率放大器U1同向输入端+IN通过第一电容C1与反向放大级输出端OUTB连接。