[发明专利]一种基于线性调频信号的导波信号激励电路

说明书

本发明公开了一种基于线性调频信号的导波信号激励电路，即可激励宽频带线性Chirp信号的可程控、大功率、高幅值、易使用的导波激励电路，包括Chirp信号波形合成电路、无源低通滤波电路、增益放大电路、功率放大电路和开关直流升压电路(boost升压电路)、FPGA控制电路。Chirp信号波形合成电路可输出原始线性Chirp信号。原始线性Chirp信号作为输入进入无源低通滤波电路，消除Chirp信号波形合成电路带来的杂散现象，输出去噪后线性Chirp信号。去噪后线性Chirp信号通过增益放大电路和功率放大电路进行两级放大，再经过boost升压电路可进一步将低电压稳定的升高至300V的高电压，最终输出升压后线性Chirp信号。该电路为超声导波实现扫频测试和多模态、多频段检测提供有效的技术手段。

技术领域

实现了一种用于激励压电换能器的可产生线性调频信号的超声导波激励电路，属于无损检测领域

背景技术

超声导波检测技术是一种能够进行长距离、快速、大范围的无损检测方法，采用线扫描方式，能检测试件表面和内部的状况，甚至可检测到常规检测方式无法达到的特殊部位的缺陷。同时具有时间短、效率高、灵活性高、适用性强、对人体和环境均没有伤害，以及在液体和固体中都可以传播等优点，该技术已经应用到管道、道路桥梁、粘焊接质量、复合材料等多个检测领域。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。常见的超声导波激励信号为窄带的窗函数调制正弦信号，以最大限度地抑制频散，但限制了激励信号的频率范围，降低了超声导波面对复杂构件的普适性。日前，国际上被广泛使用导波检测设备有两种，分别为英国GUL公司的WaveMarker和美国西南研究院研发的MsSR3030导波检测系统，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。由于这些设备中的激励电路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宽频率波形的功能，对导波检测技术的进一步发展产生了极大的限制。线性Chirp信号频带宽，通过对接收回波信号进行后处理，可得到等同于窗函数调制的正弦波信号激励时接收的回波信号，且被调制的正弦波频率可是线性Chirp信号频带范围内任意频率，为超声导波扫频测试和多模态、多频段检测提供有效的技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线性调频信号的导波信号激励电路，即可激励宽频带线性Chirp信号的可程控、大功率、高幅值、易使用的导波激励电路。

基于线性调频信号的导波信号激励电路设计包括Chirp信号波形合成电路、无源低通滤波电路、增益放大电路、功率放大电路和开关直流升压电路(boost升压电路)、FPGA控制电路。Chirp信号波形合成电路可实现激励信号的模式选择、频率调制、相位调制和幅度调制等多种功能，输出原始线性Chirp信号。但是Chirp信号波形合成电路由于相位截断会引入误差，导致原始线性Chirp信号中会夹杂很大部分的噪声信号。无源低通滤波电路可实现椭圆低通滤波器的功能，其通带和阻带都是抖动，但过渡带比较带窄和下降迅速，可消除Chirp信号波形合成电路带来的激励信号杂散现象，原始线性Chirp信号作为输入进入无源低通滤波电路，将输出去噪后线性Chirp信号。同时，为满足大范围长距离检测需求，需保证获得能量更大的信号，因此需将去噪后线性Chirp信号通过增益放大电路和功率放大器进行两级放大，输出放大后线性Chirp信号。而boost升压电路可进一步将低电压的放大后线性Chirp信号稳定的升高至300V的高电压，输出升压后线性Chirp信号，且电压大小可利用FPGA控制电路以调节PWM信号的方法来实现。

所述的FPGA控制电路控制着波形数据的传输、存储、波形合成、程控放大的整个过程。

所述的Chirp信号波形合成电路，其特征在于：Chirp信号波形合成电路中的核心芯片中有高速、高性能的正交数模转化器，可生成原始线性Chirp信号，输出的原始线性Chirp信号电压幅值在较低范围。