[发明专利]一种泥浆中超声波激励方法与电路

权利要求书

1.一种泥浆中超声波激励方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、由泥浆特性建立超声波传输规律，确定超声波传输距离x与声压ξ的关系，

其中，ξ₀为初始声波幅值，a_η为泥浆粘度，ω为角频率，c与绝热压缩系数β_s和初始密度ρ₀有关，表示为：x为超声波传距离；

S2、由激励超声波传输规律确定传感器中心频率和激励电路脉冲放电时间常数。用来激励超声波传感器的负高压尖脉冲，在电压幅值最大时，其时间常数τ和传感器谐振频率的关系：

其中，f₀是超声波谐振频率；

S3、由超声回波信号优化激励电路匹配网络参数，由放电过程中传感器两边的瞬时电压U，

其中，R₀是传感器的并联电阻，R是和直流高压模块直接连的电阻，R₁是场效应管导通时电阻，V是直流高压， 求得U最大时的电阻R。

2.一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，该电路包括依次相连接的触发电路、驱动电路、脉冲激励电路、限幅电路、跟随电路、放大电路、滤波电路；

触发电路，用于为电路提供延时控制信号，控制激励电路的充放电时间；

驱动电路，用于提高触发电路驱动信号电压值；

脉冲激励电路，用于产生高压脉冲，激励超声波传感器产生超声波；

限幅电路，采用两个硅二极管并联限幅，用于限制激励高压对电路的冲击；

跟随电路，用于使超声传感器输出阻抗与接收电路阻抗匹配；

放大电路，用于增大回波信号幅值，采用三级可调增益放大的工作方式；

滤波电路，采用二阶压控电压源型带通滤波的工作方式。

3.根据权利要求2所述的一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，所述的触发电路，采用555单片机作为控制单元，采用电阻电容多谐振荡的工作方式，产生电路的控制信号，经驱动电路中的IR2113后控制MOSFET开关管，使其能够对超声波激励电路进行充放电的控制，产生激励传感器的高压尖脉冲。

4.根据权利要求2所述的一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，所述的驱动电路，提高来自555单片机的控制信号电压值，驱动MOSFET栅极，控制脉冲激励电路产生超声波。

5.根据权利要求2所述的一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，所述的脉冲激励电路，采用对储能电容进行充电后放电产生负高压尖脉冲的工作方式，激励超声波探头产生超声波，该电路由集成直流高压模块、两个二极管D1、D2型号为1N4148、储能电容C1值为2nF、MOSFET内阻为0.85Ω、电阻R1200kΩ以及和超声波探头并联的固定电阻组成，其中集成直流高压模块与R1相连，R1另一端与MOSFET相连，MOSFET另一端与地线相连；R1另一端同时与储能电容相连，储能电容C1另一端与二极管D2正端相连，D2另一端与地线相连；储能电容C1另一端同时还与二极管D1负端相连，D1正端与超声波探头相连，超声波探头另一端与地线相连；其中MOSFET的型号为NMOS。

6.根据权利要求2所述的一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，所述的限幅电路中，两个反向并联的稳压二极管，其导通电压为0.7V，将输入信号限制在±0.7V之间，该电路由电容、电阻以及二极管组成，其中电容C的一端与探头相连，另一端与电阻相连，电阻的另一端与两个反向并联的二极管相连，两个二极管的另一端与地线相连。

7.根据权利要求2所述的一种泥浆中超声波激励电路，其特征在于，跟随电路核心部件为LM7171芯片，放大倍数设置为1。