电磁超声高压脉冲激励电源设计

为提高电磁超声检测中换能器能量转化效率及缺陷检测灵敏度,研制出一种脉冲和频率可调、高电压、大功率的脉冲激励电源。该设计以SG3525和ARM为核心,采用两次逆变方式,实现升压和负载控制。实验结果表明:该激励电源可以实现250 V高压和1 000 W大功率输出,具有输出稳定、电压可控、频率可调、自我保护等特点,提高了换能器转化效率及缺陷检测灵敏度。     

压电换能器的设计与温度特性研究

针对目前超声振动加工中存在的压电陶瓷发热严重,影响换能器性能和寿命的问题,通过对压电换能器进行设计、分析与试验对比,在保证输出振幅能够满足加工要求的前提下,得出振动系统合适的输入电压范围,使超声振动系统能够稳定运行。首先对超声换能器进行谐响应分析和稳态热分析,分析结果显示,对压电陶瓷施加电压后,换能器输出端的振幅最大,压电陶瓷的温度最高。建立试验平台进行试验分析,试验结果表明,当输入电压达到140 V时,压电陶瓷的温度高于居里温度的一半,此时振幅趋于峰值30.0μm。当输入电压为70～130 V时,输出振幅足够大,压电陶瓷的发热情况良好,能够满足系统长时间工作的要求,为超声振动系统能够稳定工作提供了一种可行方法。     

新型纳升级点样微喷系统的研制

点样微喷头是非接触法点样的关键部件.在对自行研制的压电陶瓷微喷头进行理论分析的基础上,得到了驱动压电陶瓷微喷头的具体条件.并利用单片机和波形发生芯片制成了数控驱动系统.利用这种驱动系统可以时微喷头实现完全数字控制并进行了喷射实验,得到单个液滴的体积约为0.11 nL的结果.还讨论了驱动电压以及脉冲宽度对于液滴体积和初速度的影响.     

V型压电换能器的有限元分析与实验

为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试.有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强.随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小.实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15 mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性,在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下,输出功率达到22 μW.     

高带宽压电陶瓷驱动电源

压电激振器是超声导波无损检测应用中的关键部件,针对激振器对压电驱动电源高带宽和大功率的要求,设计并研制了一种基于高压运放MP108的压电陶瓷驱动电源。采用直接数字频率合成技术产生信号源,信号经过前级放大和滤波后输入到高压运放电路驱动压电陶瓷。分析了大功率驱动电源的散热问题,指出驱动电源散热片到空气的最大热阻为1.1℃/W。实验结果表明,当负载为10 nf时,驱动电源在10~300 k Hz的频带范围内能够实现100Vp-p的放大输出,基本满足超声导波压电激振器的驱动要求。     

激励信号源软件控制发生方法研究

针对过程控制及自动化过程中对多种激励信号源的需求,以及利用常规方法产生激励信号源种类单一、应用范围窄、信号源参数调节不便等问题,对激励信号源发生方法进行了研究。以LabVIEW为虚拟仪器软件开发平台,设计了基本波形、公式波形及特殊脉冲波形产生程序;结合PXI总线技术,利用数据采集卡和示波器完成了多种信号源的产生及测试。研究结果表明:利用该方法产生的激励信号源种类更多,具有稳定性强、参数调节方便、精度高、功能更多等特点,适用于工程实践中。     

低频单—A0模态压电换能器设计及在板结构无损检测中应用

针对板结构大范围兰姆波检测中单模态兰姆波激励问题,进行低频单模态压电换能器设计研究。基于理论模型和有限元仿真模型,对压电换能器频率特性的影响参数进行了数值分析,重点研究换能器背衬与前衬的厚度、密度、弹性模量等参数对其中心频率的影响。在此基础上,对不同结构参数的压电换能器进行性能测试,分析换能器背衬与前衬厚度对换能器频率特性及激励波形的影响,研制出适合板结构大范围无损检测的低频单一A0模态压电换能器。在此基础上,将研制的单模态兰姆波换能器应用于板结构阵列无损检测。     

电容式微机械超声换能器阵列的发射电路设计

针对以电容式微机械超声换能器(CMUT)为探头的超声成像系统,设计了基于FPGA的前端发射电路。由FPGA控制高压脉冲芯片产生8路激励脉冲,并通过高压模拟开关芯片分组激励16阵元换能器;设计收发隔离电路限制高压脉冲进入接收部分。搭建测试平台对电路功能进行验证,测试了每一阵元对应的激励脉冲。测试结果表明,实现了脉冲的发射及阵元选通的目的,实现线性扫查;并且收发隔离电路将高压脉冲限制在2.08 V。该电路具有控制方便,灵活性高的优点,为CMUT阵列成像应用提供硬件支持。     

多孔式合成射流压电风扇仿真分析与试验

为了提高压电气体驱动器的气体驱动能力，设计了一种利用压电换能器激励空气质点振荡并形成气体射流的多孔压电风扇，并从仿真与试验两个方面对多孔压电风扇的工作特性进行了研究。通过FLUENT流场仿真分析得到了不同射流孔布置密度下多孔压电风扇的气体驱动规律，采用多个射流孔可以提高压电换能器的能量利用效率和改善多孔压电风扇的气体驱动性能。设计制作了样机并进行试验测试。试验结果表明，将射流孔布置在中心时单孔压电风扇的气体驱动性能最佳；采用多个射流孔可以提高压电换能器的能量利用效率，且存在最佳的射流孔布置密度；当驱动电压V_pp为90 V时，试验测得89孔多孔压电风扇驱动气体流速达到4.7 m/s。     

液体压力激波发生器试验研究

介绍了基于脉冲超声波聚焦技术的压电陶瓷激波发生器结构和工作原理。建立了以微型计算机为核心的试验测试系统。对激波能量的基本影响因素和控制规律进行了试验研究。研究了声阻抗匹配、电阻抗匹配、前过渡匹配层、电激励波形等影响单元换能器发射脉冲超声波的各项技术。为今后的研究工作提供了理论依据和试验基础。     

基于单片机和CPLD的高精度频率计设计

介绍了利用CPLD进行测频计数,单片机实施控制实现多功能频率计的设计电路的方法.利用等精度的设计方法,克服了基于传统测频原理的频率计的测量精度随被测信号频率的下降而降低的缺点,利用CPLD来实现频率、周期、脉宽和占空比的测量计数,利用单片机完成整个测量电路的测试控制、数据处理;显示输出部分也由CPLD来完成.     

环鸣法声速仪超声波发射/接收电路设计

通过对海洋环鸣法声速仪的深入分析,阐述环鸣法声速仪的工作原理,设计了1种的超声波发射/接收电路。重点研究了高压窄带脉冲产生电路、MOS管驱动电路以及匹配网络。对研制的电路进行了性能分析,所有的电子器件均无过热现象,获得了较为理想的超声波。整个电路结构简单,成本相对低廉,操作安全,易于模块化实现,符合待定检测的要求。     

A compact high-voltage pulse generator with opening insulated-gate bipolar transistor switch and a high pulse repetition rate

A small-size high-voltage (～20 kV) microsecond pulse generator, which is based on a pulse transformer and loaded into a reactor with a pulse corona discharge, is described. Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) that form the switch are used in the low-voltage circuit of the generator. When the switch is open, voltage pulses with an amplitude of up to 1000 V are created across it and, hence, across the primary winding of the transformer. The pulse repetition rate of the generator is ～20000 pulses/s.     

A high-voltage stable-pulse generator

A high-voltage pulse generator producing pulses with a stable flat top is described. It is based on a multistage amplitude discriminator with inductance coils. The generator produces pulses with an amplitude of up to ?20 kV, a top width of up to 200 μs, and a pulse repetition rate of up to 50 Hz at a 20-kΩ load. The top width voltage instability does not exceed ±20 V. The generator is used in the power supply system of the INR linac H^? injector-based ion source.     

一种新型低功耗小型高压电源

介绍一种新型低功耗小型高压电源，该电源采用全集成化电路设计。由振荡电路产生脉冲方波推动开关电路，采用自举升压电路，提高高压变压器的初级电压。脉冲高压经高压变压器升压整流后，可得到需要的稳定直流高压，对于正高压，在高压升压电路后采用倍压整流，用直接取样反馈方式来凋整输出高压，使高压更趋稳定。该电源具有功耗低、体积小、重量轻、绝缘性能好等特点，而且输出高压连续可凋。电源的正负高压输出值分别为：正高压0～＋50kV、负高压0～-25kV。可用于小功率X光管供电和其他相关科学研究及野外作业。     

A Marx generator with a doubled output voltage

A generator of high-voltage pulses with doubling of the output voltage built according to the Marx scheme on the basis of ten stages connected in series is described. IGBT transistors are used as switches in the circuit. A specific feature of the generator circuit design is the substitution of charging diodes for charging resistors and connection of the supplying voltage through an inductor. This made it possible to double the amplitude of pulses across a load, which is proportional to the number of connected stages, and minimize the power loss during charging of storage capacitors. In an experiment performed at a supply voltage of 500 V, a pulse voltage of 7.4 kV was obtained across a load of 400 Ω.     

甚高频共振式脉冲源放电蚀除

针对传统微细电火花脉冲电源普遍存在的放电频率低、脉宽较大、纳米级高效蚀除能力难以日益提高的问题,设计出了一种基于电路共振原理的甚高频微能脉冲源,该脉冲源可产生放电频率55 MHz、电压峰峰值220 V的开路电压波形,电压脉宽可压缩至9.1 ns。进行了不同开路电压下的放电实验,获得了各实验条件下的放电波形。实验结果证明所设计的甚高频微能脉冲源具有良好的加工工艺性能。     

Analysis of a modular generator for high-voltage, high-frequency pulsed applications, using low voltage semiconductors (< 1 kV) and series connected step-up (1:10) transformers

This article discusses the operation of a modular generator topology, which has been developed for high-frequency (kHz), high-voltage (kV) pulsed applications. The proposed generator uses individual modules, each one consisting of a pulse circuit based on a modified forward converter, which takes advantage of the required low duty cycle to operate with a low voltage clamp reset circuit for the step-up transformer. This reduces the maximum voltage on the semiconductor devices of both primary and secondary transformer sides. The secondary winding of each step-up transformer is series connected, delivering a fraction of the total voltage. Each individual pulsed module is supplied via an isolation transformer. The assembled modular laboratorial prototype, with three 5 kV modules, 800 V semiconductor switches, and 1:10 step-up transformers, has 80% efficiency, and is capable of delivering, into resistive loads, -15 kV1 A pulses with 5 micros width, 10 kHz repetition rate, with less than 1 micros pulse rise time. Experimental results for resistive loads are presented and discussed.     

Output voltage adjustment of a pulsed high-voltage nanosecond generator with inductive energy storage and a solid-state switching system

The possibility of adjusting the output voltage of a high-voltage nanosecond pulse generator with inductive energy storage and a solid-state switching system was investigated. All components of the adjustment system are installed in the low-voltage input circuit of the generator, whose voltage was less than 1000 V. The smooth adjustment of the output voltage in the range of 70–115 kV was achieved. The experimental setup and the obtained results are described.     

程控高压脉冲发生器

介绍一种程控高压脉冲发生器,主要由高压电源、储能电容器组、氢闸流管和控制电路等组成,可以输出一个负极性的高压脉冲,脉冲幅度为10～15kV。程控高压脉冲发生器采用模块化设计结构,将通用的构建于模拟电路基础之上的高压脉冲发生器与数字控制技术相结合,通过触摸屏、可编程控制器PLC加以控制,实现仪器的智能化。