[发明专利]一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法，电磁超声换能器包括高频功率振荡信号输出电路、带偏置磁场的线圈、回波信号检测电路以及主控制器；高频功率振荡信号输出电路由高频逆变驱动电路、阻抗匹配网络、静态匹配电容组成，回波信号检测电路包括高压隔离电路和回波信号滤波电路；主控制器用于采集滤波后的超声回波信号，并根据超声回波信号的包络幅值反馈调整高频逆变驱动频率。改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法能提供电磁超声换能器所需的功率脉冲电压，且静态匹配电容与线圈工作在准谐振状态，从而能在待测物体中激发出最大功率超声波信号，谐波含量小，使得本改进谐振控制的电磁超声换能器的检测精度高。

技术领域

本发明涉及无损探伤探测领域，特别涉及一种电磁超声换能器及其控制方法。

背景技术

工业无损探伤探测技术的迫切需要，带动电磁超声换能器技术的发展，提高了工业产品的质量和影响力以及机器设备的寿命。电磁超声波检测技术具有不损坏待测物体、无需耦合剂、传播速度快和探测距离远等优点，广泛应用于无损探伤领域。

电磁超声换能器的输入阻抗会随着温度、负载、寄生参数和提离等因素的不同而变化，当驱动电源输出阻抗和换能器输入阻抗不匹配时激励信号会在传输线路上发生反射，形成驻波，导致换能器效率降低和待测物体内部的超声波能量发生损耗，不能满足检测超声的功率要求，从而影响测量精度。同时，电磁超声换能器的内部参数也会发生变化，导致激励线圈的固有谐振频率的漂移。

传统技术主要是以电磁超声换能器本身的谐振点跟踪控制输出频率，常忽视阻抗匹配网络和静态匹配电容的配置，以及未进行回波信号反馈调整电磁超声换能器的驱动频率，从而在待测物体中激发出带有大量谐波的超声波，继而影响检测精度。

为此，急需一种可以末端超声回波反馈控制的电磁超声换能器和控制方法，以提高换能器的效率，从而产生高质量的超声波信号，并调整其匹配速度和匹配精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是一种改进谐振控制的电磁超声换能器及其控制方法，采用末端超声回波信号的包络幅值作为反馈控制电磁超声换能器输出频率，从而使激励线圈在待测物体中激发出最大功率的超声波，以解决现有检测方法会在待测物体中激发出大量谐波继而影响检测精度的技术问题。

本发明改进谐振控制的电磁超声换能器，包括高频功率振荡信号输出电路、带偏置磁场的线圈、回波信号检测电路以及主控制器，其特征在于：

所述高频功率振荡信号输出电路由高频逆变驱动电路、阻抗匹配网络、静态匹配电容组成，所述高频逆变驱动电路用于产生矩形功率脉冲，所述矩形功率脉冲依次经过经阻抗匹配网络、静态匹配电容和带偏置磁场的线圈，所述阻抗匹配网络和静态匹配电容用于调整矩形功率脉冲的电压幅值，所述带偏置磁场的线圈用于在待测物体内激发出超声波和接收从待测物体中反射的超声波回波信号；

所述回波信号检测电路包括高压隔离电路和回波信号滤波电路；

所述带偏置磁场的线圈接收的超声波回波信号并将回波信号输入高压隔离电路，再经过回波信号滤波电路滤波后输入到主控制器中；

所述主控制器用于采集滤波后的超声回波信号，提取回波信号包络幅值，并根据包络幅值调整高频逆变驱动频率以及向高频逆变驱动电路反馈调整后的高频逆变驱动频率。

进一步，所述阻抗匹配网络为电容-电感-电容型无源网络。

本发明中所述改进谐振控制的电磁超声换能器的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、高频逆变驱动电路的驱动信号频率f以初始频率f₀产生矩形功率脉冲，经过阻抗匹配网络和静态匹配电容后激励带偏置磁场的线圈，在待测物体中激发出超声波，该超声波遇到缺陷或者断面后反射超声波回波；