窄脈沖超聲波高壓發(fā)射電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種無損檢測電路，具體地說，涉及一種窄脈沖超聲波高壓發(fā)射電路，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波測厚儀一般采用2MHz-10MHz的壓電晶體換能器作為傳感器，基于壓電晶體逆壓電效應發(fā)射超聲波或基于壓電晶體的壓電效應將超聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號。由于高頻超聲波在工件內(nèi)的衰減很快，因此要想測量較厚的工件需要較高的發(fā)射電壓才行。對于大部分工件，超聲波會在工件內(nèi)部進行多次反射，如果超聲波的余振時間過長的話，相鄰兩次反射的回波會產(chǎn)生疊加，造成厚度誤判。因此要想提高厚度的分辨率，需要減少余振。減少余振的方法一是超聲波探頭(換能器)的阻抗匹配和背襯吸收做的足夠好，二是高壓脈沖的上升時間變短，脈沖寬度變窄。
[0003]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下不足:傳統(tǒng)超聲波發(fā)射電路的_3dB上升時間大約為50nS，實踐證明這種脈沖波僅能滿足對空間分辨率不太高的脈沖回波技術(shù)測厚，而對于薄件測量和基于多回波技術(shù)的穿越涂層測厚，這種脈沖波是無能為力的。
[0004]另外傳統(tǒng)的超聲波高壓產(chǎn)生電路是在多諧振蕩器的驅(qū)動下一直工作，不斷充電，超聲波高壓產(chǎn)生電路采用電感式升壓，不可避免地帶來電磁干擾，這樣造成的問題是在產(chǎn)生高壓的過程中會產(chǎn)生電源的不平穩(wěn)，對回波信號的接收和放大都會造成干擾，不利于回波信號的檢出，導致分辨率比較低。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種窄脈沖超聲波高壓發(fā)射電路，克服了現(xiàn)有超聲波發(fā)射電路的缺陷，采用本高壓發(fā)射電路后，具有檢測分辨率高的優(yōu)點。
[0006]本實用新型的另一目的是提供一種脈沖寬度可達5nS的高壓發(fā)射電路。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是:窄脈沖超聲波高壓發(fā)射電路，其特征在于:包括高壓電容C23、高壓充電電路、控制電路和阻抗匹配電路；
[0008]所述高壓充電電路、控制電路的輸出端分別與高壓電容C23的一端連接；阻抗匹配電路的輸入端與高壓電容C23的另一端連接。
[0009]一種優(yōu)化方案，所述高壓充電電路用于對高壓電容C23進行間歇式充電，在高壓電容C23上產(chǎn)生高電壓；
[0010]所述控制電路用于控制高壓電容C23快速釋放產(chǎn)生的高電壓；
[0011 ] 阻抗匹配電路用于將高壓電容C23釋放的高電壓耦合至超聲波探頭。
[0012]進一步地，所述高壓充電電路包括二極管V1、電感LI和N型場效應管VQl ；
[0013]所述場效應管VQl的D端接電感LI的一端、二極管Vl的正極，二極管Vl負極接高壓電容C23的一端，場效應管VQl的S端接信號地，電感LI的另一端接電源。
[0014]進一步地，所述高壓充電電路還包括并聯(lián)的電容C22、二極管V4和緩沖器芯片NI ；
[0015]所述二極管V4的正極接場效應管VQl的G端；二極管V4的負極接緩沖器芯片NI的輸出端；緩沖器芯片NI的輸入端用于耦接充電脈沖信號。
[0016]進一步地，所述高壓充電電路還包括二極管V3、電阻R26 ；
[0017]所述二極管V3的負極接二極管Vl的正極；二極管V3的正極接信號地；
[0018]所述阻R26連接在N型場效應管VQl的G端與信號地之間。
[0019]進一步地，所述控制電路包括三極管VQ2、場效應管VQ3、三極管VQ4 ；
[0020]所述場效應管VQ3的D端接高壓電容C23的一端，場效應管VQ3的G端接三極管VQ2的集電極，三極管VQ2的基極接三極管VQ4的集電極，場效應管VQ3的S端接信號地。
[0021]進一步地，所述控制電路還包括齊納二極管VZ1、齊納二極管VZ2和緩沖器芯片N2 ；
[0022]所述齊納二極管VZl的正極接高壓電容C23的一端，齊納二極管VZl的負極接三極管VQ2的發(fā)射極、齊納二極管VZ2的正極；
[0023]所述三極管VQ2的基極耦接齊納二極管VZl的負極，齊納二極管VZ2的負極耦接信號地，緩沖器芯片N2的輸出端耦接三極管VQ4的基極，緩沖器芯片N2的輸入端用于耦接發(fā)射脈沖信號EMIT。
[0024]進一步地，所述控制電路還包括電容C21、電阻R24 ；
[0025]所述電阻R24耦接在三極管VQ2的集電極與信號地之間。
[0026]進一步地，所述阻抗匹配電路包括二極管V2、電感L2 ；
[0027]所述二極管V2的負極接高壓電容C23的另一端，二極管V2的正極經(jīng)電感L2耦接超聲波探頭PO。
[0028]進一步地，所述阻抗匹配電路還包括電阻R25、電阻R27 ；
[0029]所述電阻R25耦接在二極管V2的負極與信號地之間；電阻R27耦接在超聲波探頭PO與信號地之間。
[0030]本實用新型采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
[0031]1、開關(guān)速度加快，使得發(fā)射脈沖變窄，脈沖寬度可以達到5nS，這種脈沖寬度可以用于薄件測量和穿越涂層厚度測量。
[0032]2、將連續(xù)充電產(chǎn)生高壓的模式變?yōu)殚g歇性充電，減少高壓產(chǎn)生電路的噪聲對回波檢測的干擾；同時，間歇性充電也會降低發(fā)射電路的功耗。
[0033]3、在充電并發(fā)射高壓之后的間期進行回波檢測，避免了兩次回波混疊，檢測下限降低，提高了檢測分辨率。
[0034]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
【附圖說明】
[0035]附圖1是本實用新型實施例中高壓發(fā)射電路的原理框圖。
【具體實施方式】
[0036]為了對本實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0037]如圖1所示，窄脈沖超聲波高壓發(fā)射電路，包括高壓充電電路、控制電路、阻抗匹配電路和高壓電容C23 ；
[0038]高壓充電電路，在充電脈沖信號的控制下對高壓電容C23進行間歇式充電，高壓電容C23的一端產(chǎn)生150V左右的高電壓；
[0039]控制電路，在發(fā)射脈沖信號的控制下，將高壓電容C23 —端的高電壓由150V拉到0V,高壓電容C23另一端的電壓則會由OV變?yōu)樨撝蹈唠妷?150V ；
[0040]阻抗匹配電路，與超聲波探頭耦合，將高壓電容C23—端的負值高電壓-150V耦合到超聲波探頭上。
[0041]高壓充電電路包括緩沖器芯片N1、電容C22、二極管V1、二極管V3、二極管V4、電阻R26、電感LI和N型場效應管VQl，緩沖器芯片NI的2腳接充電脈沖信號HV_CHARGE，緩沖器芯片NI的4腳接電容C22的一端、二極管V4的負極，電容C22的另一端、二極管V4的正極接電阻R26的一端、場效應管VQl的G端，電阻R26的另一端接信號地，場效應管VQl的S端接信號地，場效應管VQl的D端接電感LI的一端、二極管Vl的正極、二極管V3的負極，二極管V3的正極接信號地，電感LI的另一端接電源，二極管Vl的負極接高壓電容C23的一端、控制電路，高壓電容C23的另一端接阻抗匹配電路。電容C22與二極管V4并聯(lián)，避免場效應管VQl長時間處于導通狀態(tài)(柵極的高電平只能暫態(tài)維持)，只有在充電脈沖信號的上升沿VQl才能導通，在HV_CHARGE處于穩(wěn)定的高電平或低電平期間都不能使VQl導通，HV_CHARGE只在需要檢測厚度之前才產(chǎn)生一簇高低電平矩形波，其他時間處于低電平狀態(tài)，充電電路不工作。
[0042]控制電路包括電容C21、電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、齊納二極管VZl、齊納二極管VZ2、場效應管VQ3、三極管VQ2、三極管VQ4，和緩沖器芯片N2，齊納二極管VZl的正極、場效應管VQ3的D端接高壓電容C23的一端，場效應管VQ3的S端接信號地，場效應管VQ3的G端接三極管VQ2的集電極、電阻R24的一端，電阻R24的另一端接信號地，三極管VQ2的發(fā)射極接齊納二極管VZl的負極、電阻R21的一端、齊納二極管VZ2的正極、電容C21的一端，