[发明专利]改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器及其元器件参数设计方法

摘要

本发明公开一种改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器，包括信号发射部、偏置磁场以及信号接收部，信号发射部与偏置磁场作用产生超声波检测被测器件，反射的超声波与偏置磁场作用，产生信号被信号接收部接收，得出检测结果，信号发射部由信号发射电路、阻抗匹配电路以及激励线圈电路组成，阻抗匹配电路为LCL谐振电路。本发明还公开了用于本发明的元器件参数的设计方法，本发明通过两级谐振能得到较高的电压增益供给电磁超声波换能器，无需变压器，没有变压器磁饱和和电磁干扰的问题；产生的脉冲激励信号频谱单一，检测精度高；直流电压源可以为锂电池等电源，便于携带。

主权项

1.一种改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器的元器件参数设计方法，其特征在于按照以下步骤进行：步骤1、选定电磁超声换能器中LCL谐振电路的增益倍数λ和谐振频率ωR，其中λ为正整数；其中，电磁超声换能器包括信号发射部、偏置磁场以及信号接收部，所述信号发射部由信号发射电路、阻抗匹配电路以及激励线圈电路组成，所述信号发射电路产生矩形脉冲信号，矩形脉冲经阻抗匹配电路电压增益后输入激励线圈电路产生交变电磁场，交变电磁场与偏置磁场产生的电涡流作用产生发射超声波，该发射超声波作用在被测物体上，遇到被测物体中的损伤后产生反射超声波，信号接收部接收反射超声波；所述阻抗匹配电路为LCL谐振电路，由电感LS、电感LP、电容Cp组成，电感LS的前端连接信号发射电路的第一输出端，获取矩形脉冲信号，电感LS的后端串电容Cp后接信号发射电路第二输出端，电感LS的后端还经电阻R1接电感LP的前端，电感LP后端接激励线圈电路的输入端，所述激励线圈电路内设置有一个用于消除谐振拖尾的电阻R2；步骤2、检测出激励线圈电路的等效电感L0以及等效电阻R0，将激励线圈电路等效成由电阻R0、电感L0、电容C0组成的等效电路，则改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器的等效电路为：电感LS的前端连接信号发射电路的第一输出端，获取矩形脉冲信号，电感LS的后端串电容Cp后接信号发射电路第二输出端，电感LS的后端还经电阻R1接电感LP的前端，电感LP后端串电容C0后接信号发射电路第二输出端，电感LP后端还经电阻R2接电感L0前端，电感L0后端经电阻R0接信号发射电路第二输出端；新的等效电路的前级可以看作一个由电感LS和电容Cp组成的LC谐振，后级可以看作由电感LP、电容C0以及电感L0组成的LCL谐振；步骤3、对于后级LCL谐振，其输入阻抗因为电路工作在谐振状态，所以输入阻抗的虚部为0，即由此可以求出谐振频率：为了便于确定LCL谐振的参数，取LP/L0＝λ，则可得到电感LP,电容C0的参数计算公式如下：步骤4、整个电路的增益倍数为λ，即：LS/LP＝λ以此可以求得电感LS的参数值；步骤5、对于前级LC谐振，因为整个增益电路的谐振频率需要保证一致，所以根据以下公式可以求出电容Cp的参数值：步骤6、根据步骤1‑5求得的参数搭建好仿真模拟电路，并得到输出的电压波形；步骤7、根据输出的电压波形的二次谐波幅值和三次谐波幅值的差值求得电阻R1和R2的参数值。