超声换能器驱动电路的设计

超声换能器及其驱动电路是超声测距系统中的关键组成部分,它决定了一个系统所能达到的最终指标。本文通过分析超声换能器的结构和特性,讨论了驱动电路的基本设计方法,并给出了具体的电路,电路的性能已得到实验的验证。     

电容式微机械超声换能器的驱动电路设计

电容式微机械加工超声换能器(cMUT)具有频带宽、灵敏度高等优点,而设计高压高频的驱动电路则是实现其优异性能的前提。针对现有驱动电路体积过大等问题,在对换能器简化模型做有限元分析求得其工作电压基础上,提出了用FPGA控制8片脉冲发射专用芯片HV7350直接驱动换能器64阵元的方案。并对其中一个通道进行了验证,产生的30VPP、400 k Hz脉冲使换能器能够在0.5 m距离下接收到4.4VPP的一次回波信号。本驱动电路具有高度集成,操作简单,幅值可调,频率可控的特点,为cMUT的应用提供了可行的参考。     

基于自动增益控制的超声刀具功率自适应电路

介绍一种夹心式超声刀驱动电路。在实现自动频率追频功能的基础上,加入自动增益控制电路达到恒流驱动和功率自适应的功能,最大程度地保证换能器工作效率的要求。设计了自动增益控制电路和整个驱动电路,并通过实验进行了测试验证。     

基于无源自振抑制的小盲区超声测距方法

防水型收发一体超声波测距换能器所需驱动功率大,激励源去除后产生的无源自振导致了较大的测距盲区,高达30cm,限制了工程应用范围,对此提出了一种可显著减弱无源自振的方法。首先,建立换能器等效电路模型,分析了无源自振产生机理,在此基础上设计出以场效应管为核心的无源自振抑制换能器驱动电路;然后,由于设计的无源自振抑制电路回波信号较弱,进而设计背景噪声阻断电路与脉冲信号叠加电路以增加回波灵敏度,并通过检测脉冲信号叠加电路输出曲线的上拐点准确估计回波时间点。试验研究表明,该方法显著地抑制了无源自振,并可将测距盲区限制在16cm附近。该项研究扩大了超声波测距的工程应用范围,具有较大的应用价值。     

具有阻抗匹配功能的磁致伸缩换能器驱动电源

磁致伸缩换能器是以磁致伸缩材料为驱动元件的特种电机。其工作电流和输出位移、输出力受磁致伸缩材料的非线性和温度、负载等因素的影响较大。为优化工作电流波形、实现频率闭环,以串联谐振电路为基础,设计了具有阻抗匹配功能的驱动电源,并进行仿真与实验研究,结果显示该电源能够使换能器保持谐振工作状态,同时具有较好的正弦电流波形。     

基于AD9850超声换能器的驱动和接收电路设计

为了提高超声检测在海底声学测量中的测量精度,利用DDS芯片AD9850作为高精度信号源,并设计了超生换能器的驱动和接收电路。采用分频移相、光电隔离、功率放大的和阻抗匹配的方法对换能器进行驱动;用电荷放大器和带通滤波器对接收信号进行处理。实验结果表明,电路性能良好,满足测量要求。     

电压与增益联合调节的超声波流量计研制

超声波流量计作为无阻碍式的流量测量仪器,被广泛应用于供水、石油、化工以及电力等工业场合,超声波换能器驱动电路直接影响着超声波发射功率和接收信号。文中首先介绍了超声波流量计换能器驱动电压和回波信号增益可联合调节的设计方案,其次描述了该方案实现的硬件电路原理及软件控制流程,最后通过试验证明通过对换能器驱动电压及回波增益的联合调节,超声波流量计可在不同工况下采用不同驱动电压和回波增益,有效增加换能器驱动功率,保证回波信号的幅值大小,提高其信噪比,对减小超声波流量计的测量盲区、增加测量距离、提高测量精度与稳定性等方面均有重要作用。     

时差法在超声波气体流量计中的应用研究

为了提高小管径煤矿瓦斯抽采管道的气体流量测量精度,基于时差法测量原理设计了超声波气体流量计,采用一对40 kHz的收发一体式超声波换能器作为发射和接收元件.以74HC00与非门设计的推挽式超声波驱动电路实现了低压驱动超声波换能器,并用集成红外遥控接收芯片CX20106A和单稳态触发器4013构成了信号调理电路,实现了对固定波形的稳定检测.利用高精度的时间数字转换芯片TDC-GP21作为计时芯片,实现了极低风速的测量.实验测试表明:设计的硬件电路具有良好的性能,测量风速分辨力可以达到0.1 m/s,提高了气体流量的测量精度.     

超声喷丸换能器的高电压阻抗匹配设计

研究了超声喷丸换能器在不同电压下的阻抗特性，设计了针对高电压驱动工况的阻抗匹配方法。首先，采用功率放大器和示波器获取高电压下换能器两端的电压、电流以及相位差，计算得到阻抗特性曲线；其次，以工作频率下的阻抗为基准，计算并联匹配和串联匹配时的电感值，通过对比优选负载电路呈纯阻性的匹配方式，实现有功功率的最大化；最后，将匹配电路结合自制的驱动电源设计了超声喷丸成形驱动系统，利用激光位移传感器对比了匹配前后喷丸枪撞针振幅的变化。结果表明，当以2.6 mH电感串联匹配时测得接入匹配电路后喷丸撞针冲击振幅由2.7 mm升至4.9 mm，验证了所提匹配方法的有效性。     

基于储能电感的超声波发射电路本安化方法研究

针对煤矿千米定向钻机钻进过程中应用超声波换能器对钻孔状态监测时存在需要高电压驱动和本质安全化无法兼备的问题,提出了一种基于储能电感的本安型超声波发射电路。介绍了发射电路的基本原理,理论研究了换能器等效阻抗和稳压管动态电阻对激励脉宽的影响;分析了发射电路内部和输出本质安全特性,据此给出了本质安全参数的判断标准和一种高电压本安型超声波发射电路参数计算方法。实验结果表明：在设计参数范围内,200 V幅值的激励脉冲宽度能够可达2～3μs,大于设计值1.5μs;测量储能电感电流为0.9 A,换能器等效电容为1.05μF,分别小于本安条件下的电流1 A、电容100μF。因此,本文所提方法得到的电路参数能够在输出高电压激励脉冲下,满足本质安全要求。     

光纤电压传感器信号处理电路的设计

介绍了光纤电压传感器的工作原理,研究了光纤电压传感器的信号接收与处理电路部分,设计并测试了放大滤波电路、模数转换及单片机的信号处理电路,对高压测量中的误差来源进行了分析。     

扩散硅压力传感器特性分析及其应用举例

扩散硅压力传感器具有良好的性能和稳定性。本文说明了扩散硅压力传感器的工作原理,详细分析了对其进行温度综合补偿的电路,然后结合实例,介绍了压力传感器的接口电路和对其进行非线性校正的方法。     

电容式压力传感器的厚膜集成化研究

采用厚膜传感技术研制电容式感压元件,并通过厚膜混合集成技术将信号处理电路集成在感压元件上成为一体,进行电容式压力传感器的厚膜集成化研究。结果表明：研制成的新型厚膜电容式集成压力传感器,线性达到0．5％,迟滞小于0．5％,具有重复性好,受分布电容,寄生电容影响小,精度高,抗过载,耐腐蚀等特点,对厚膜感压元件,信号处理电路的设计与平面化加工以及集成化等进行了介绍,并对集成化中相关工艺,兼容性及性能进行了讨论。     

基于振筒式传感器某型压力检测系统关键电路的设计

设计了基于振筒式压力传感器的检测系统测量显示组件电路及相关软件，实现了传感器的配套集成电路。仿真与实际测试表明：各电路设计可靠、运行稳定、实用性强。检测电路及配套电路的实现对自动检测仪表中提高传感器系统测量精度提供了一条有效的途径。     

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。     

智能化超声波液体密度计

设计了超声波探头的结构，给出了详细的探头制作工艺。描述了超声波密度传感器的电路设计，分析了发射电路、接收电路以及智能化单片机信号处理电路等问题。给出了该传感器的一种实用化温度补偿电路及工业上常用汞的测量数据与化学法的对比表。试验证明：经过该电路的设计和温度补偿电路的修正，测试精度达到0．25％，能够满足工业现场的需求。     

高线性非接触式电容位移传感器

设计一种新型电容式微位移传感器,给出了检测电路.原理为20 kHz的正弦信号加在传感器上,传感器产生的交流电压与电容电极之间的距离成正比.电路包括正弦信号发生电路、精密全波整流电路、滤波电路和信号放大电路.实验证明：该传感器线性度小于3%,分辨率优于0.01 μm.     

热量表超声换能器建模及分析(上)

采用梅森等效电路对热量表超声换能器进行建模分析,在模型基础上用Matlab软件进行换能器瞬态仿真计算。计算波形和测量波形基本一致,表明梅森模型能够有效应用于热量表超声换能器建模分析。梅森模型属于频域模型,用傅利叶变换可得到瞬态波形。仿真结果表明应用快速傅利叶变换对热量表超声换能器瞬态分析是一种简便可行的方法,对于超声换能器设计具有实际意义。     

电磁超声换能器的阻抗测试方法研究

电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)由于其诸多的优点,逐渐被无损检测界所采用。设计其相应的电路对换能器的特性应有足够的认识。介绍了一种简单的EMAT阻抗测试方法,它无需用高质量的阻抗测量仪,就可测得EMAT的电抗(感抗或容抗)和电阻。     

基于水下超声成像分时复用数据采集系统的设计

利用压阻式水声传感器采集超声回波信号,通过行共用电源线,列共用信号线的方式将水声传感器组成成像阵列.使用MAX4617八选一高速模拟开关控制每个传感器与采集电路的通断,从而实现采集电路的分时复用功能.利用AD6655采集数据,FPGA作为模拟开关和采集电路的时序控制器,异步FIFO作为采集数据传送给EZ-USB的缓冲器,EZ-USB单片机负责任务的协调,并把数据打包上传给计算机.初步测试了传感器与采集通道的开关时延特性,以及分时采集样本与原始声信号吻合程度,实验结果证明系统能够完成水声传感阵列的实时数据采集任务.