基于计算机总线的可程控功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于计算机总线的可程控功率放大器，包括直流电源模块、计算机总线通讯接口模块和功率放大模块，直流电源模块为功率放大模块供电，计算机总线通讯接口模块与计算机总线相连并向直流电源模块和功率放大模块输出控制信号，功率放大模块对外界输入的小功率宽带信号进行功率放大。本发明专利技术是基于计算机总线的通断、增益和带宽可程控功率放大器，可以和其它基于计算机系统总线的仪器集成在一个统一的计算机系统中构成一台集成度高的仪器设备，通过统一的软件对其进行管理，并可和其它计算机程序集成在一起构成一个集成的测试软件系统，可以促进压电材料在大型工程结构上的广泛应用以及结构健康监测等技术的工程化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率放大器，尤其涉及一种可以通过计算机控制电源通断、 工作通断、放大增益和放大带宽的功率放大器。二
技术介绍
压电材料既能作为传感元件，又能作为激励元件。压电材料作为激励元件， 在结构健康监测、振动主动控制、超声无损检测等领域有广泛的应用。现有的驱动压电元件的功率放大器多为独立的仪表仪器。这种独立仪器体积 大，其通断、增益需手动调节， 一般不具备带宽调节的能力。在很多应用领域，比如结构健康监测领域，要求根据实际结构刚度和尺寸大 小，选用不同的激励信号幅值，在压电元件以阵列使用时，要求多个压电元件同 时产生激励；在结构振动(噪声)主动控制领域，要求根据测量的结构振动情况， 在结构不同部位产生不同大小的激励信号来抑制有害振动等等。这些应用都要求 功率放大器组成功放阵列，但是作为独立仪器的功率放大器在组成功率放大器阵 列时，仪器结构庞大，复杂，而且仪器管理不方便；当需要分别控制阵列中各个 功率放大器的工作状态时，需要人为手动控制，影响了系统的实时性和控制精度。 这些缺陷使得在实际应用中，大量使用压电元件受到限制。这就要求有一种功率 大器，可以用来放大激励信号激励压电元件，而且这种功率放大器的导通和关闭、 以及增益和带宽可以通过程序调整；在使用多个这样的功率放大器组成功放阵列 时，可有由统一的软件对它们进行统一的管理。本专利技术正是在这种背景下产生的。三
技术实现思路
1、 技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于计算机总线的通断、增益和带宽可程控功率放大器。2、 技术方案为了解决上述的技术问题，本专利技术的基于计算机总线的可程控功率放大器 包括直流电源模块、计算机总线通讯接口模块和功率放大模块，直流电源模块将 外界电源转换后为功率放大模块供电，计算机总线通讯接口模块与计算机总线相 连并向直流电源模块和功率放大模块输出控制信号，功率放大模块在计算机总线 通讯接口模块的控制下对外界输入的小功率宽带信号进行功率放大。直流电源模 块外接电源并为功率放大模块供电；计算机总线通讯接口模块与计算机总线相连并向功率放大模块输出控制信号和监测功率放大器模块的控制状态，同时控制电 源的丌启和关闭；功率放大模块在计算机总线通讯接口模块的控制下对外界输入 的小功率宽带信号进行功率放大；直流电源模块包括电源开启模块、开关电源模块和输出过流指示模块，外 界电源依次经过电源丌启模块、丌关电源模块和输出过流指示模块转换为高功率 復流电源供给功率放大模块；电源丌启模块接收计算机总线通讯接口模块的开启 控制直流电源模块将220V工业电或计算机总线上的电源进行能量转换，输出 高功率直流电源，给功率放大模块供电，有如下两种实现方案(l)在输出信号 功率要求较高以及考虑计算机总线插槽成本的场合，使用外部独立仪器式小型功 率放大器，受计算机外部总线控制。电源模块采用大功率AC-DC型开关电源模 块，将工业220V交流电源转换成高功率直流电源输出。在电源信号的输出端与 负载之间加入输出过流指示模块，它能起到保护直流稳压源模块和功率放大模块 的作用，并提示用户功率放大器出现故障。在直流电源的输入或出端也接入一个 电源丌启提示模块，向用户表明功率放大器的上电情况。(2)在输出信号功率要 求不高以及考虑系统集成性的场合，使用基于计算机系统总线插卡式功率放大 器，由计算机总线电源直接供电给电源模块，电源模块采用DC-DC升压型开关 电源模块，输出大电压直流电源。同样可以具有输出过流指示模块和电源开启提 示模块。电源模块的开启和关闭通过程序进行控制。计算机总线通讯接口模块包括总线接口模块、译码器模块、程控驱动信号输 出锁存模块和程控状态信号输入缓存模块，计算机总线通讯接口模块接受來自于 计算机总线的控制任务交互信号，向译码器模块输出片选地址信号和读写使能信 号，并同时向程控驱动信号输出锁存模块输出程控驱动信号并读取程控状态信号 输入缓存模块缓存输入的程控状态代码信号，译码器模块同时向程控驱动信号输 出锁存模块和程控状态信号输入缓存模块输出使能信号，程控驱动信号输出锁存 模块向直流电源模块中的电源开启模块和功率放大模块输出程控驱动信号；计算 机总线通讯接口模块实现与应用程序的控制任务交互功能，输出控制信号给功率 放大模块改变其工作状态，同时读回功率放大模块的控制状态，监控功率放大器。 其电源由计算机总线电源提供。其对功率放大模块的控制过程如下1、对功率 放大模块工作状态进行程控时，运行状态调节程序，然后该程序经历如下过程实现状态调节程序指令被计算机微处理器编译链接并且执行以后由微处理器产生控制任务交互信号，这个信号里包含了所有和状态调节有关的信息包括程控代码、片选地址、写使能；控制任务交互信号通过计算机总线在总线接口模块进行 处理；总线接口模块向译码模块发出写使能信号(这时读使能关闭)，片选地址 信号，同时发出程控代码信号；根据片选地址信号使能对应地址的译码器模块；被使能的译码器模块向程控驱动信号输出锁存模块发出输出使能信号；程控驱动 信3输出锁存模块使能后读取程控代码信号并锁存输出。程控驱动信号包括电源 丌fi驱动信号、输入通断控制信号、带宽调节信号、增益调节信号和输出通断控 制信号；2、对功率放大模块程控状态进行监控时，运行程控状态读取程序，然 后程序经历如下过程实现程控状态读取程序指令被计算机微处理器编译链接并 且执行以后由微处理器产生控制任务交互信号，这个信号里包含了所有和程控状 态有关的信息包括程控状态代码、片选地址、读使能。控制任务交互信号通过计 算机总线在总线接口模块进行处理；总线接口模块向译码模块发出读使能信号(这时写使能关闭)，片选地址信号根据片选地址信号使能对应地址的译码器 模块；被使能的译码器模块向程控状态信号输入缓存模块发出输入使能信号；程 控状态信号输入缓存模块读取程控状态信号并缓存输入到总线通用接口模块。程 控状态信号确定后通过总线接口模块与总线通讯并进入微处理器，然后返回程控 状态读取程序。对功率放大器模块程控状态进行监控是为了监视功率放大器模块 是S按要求完成工作状态的调节。程控状态信号包括电源丌启状态信号、输入通 断状态信号、带宽状态信号、增益状态信号和输出通断状态信号。功率放大模块包括输入通断控制模块、信号带宽调节模块、增益调节模块、 集成功率运算放大器模块和输出通断控制模块，外界待处理的小功率宽带信号依 次经过输入通断控制模块、信号带宽调节模块、增益调节模块、集成功率运算放 大器模块和输出通断控制模块处理成为大功率宽带信号；功率放大模块根据控制 指令改变自身的电路结构，实现工作状态的变化，并对输入的小功率宽带信号进 行」力率放大，输出大功率宽带信号，所述的大功率宽带信号电压幅值一 般为± 50V 土80.V，电流幅值一般为20mA 500mA，输出功率一般在10W 40W，带宽 一般在0.1Hz到500KHz之间。其工作原理如下(1)外界输入的小功率宽带信 号(带宽一般在0.1Hz到500KHz之间)首先进入输入通断模块。输入通断模块 由一个高速模拟开关组成。高速模拟开关根据输入通断控制信号进行导通或关 闭，以此实现对输入信号的通断控制。高速模拟丌关的通断状态可以由计算机总 线通讯接口模块读取，通过返回输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计算机总线的可程控功率放大器，其特征在于，包括直流电源模块、计算机总线通讯接口模块和功率放大模块，直流电源模块将外界电源转换后为功率放大模块供电，计算机总线通讯接口模块与计算机总线相连并向直流电源模块和功率放大模块输出控制信号，功率放大模块在计算机总线通讯接口模块的控制下对外界输入的小功率宽带信号进行功率放大；　其中，直流电源模块包括电源开启模块、开关电源模块和输出过流指示模块，外界电源依次经过电源开启模块、开关电源模块和输出过流指示模块转换为高功率直流电源供给 功率放大模块；电源开启模块接收计算机总线通讯接口模块的开启控制；　计算机总线通讯接口模块包括总线接口模块、译码器模块、程控驱动信号输出锁存模块和程控状态信号输入缓存模块，计算机总线通讯接口模块接受来自于计算机总线的控制任务交互信号，向 译码器模块输出片选地址信号和读写使能信号，并同时向程控驱动信号输出锁存模块输出程控驱动信号并读取程控状态信号输入缓存模块缓存输入的程控状态代码信号，译码器模块同时向程控驱动信号输出锁存模块和程控状态信号输入缓存模块输出使能信号，程控驱动信号输出锁存模块向直流电源模块中的电源开启模块和功率放大模块输出程控驱动信号；　功率放大模块包括输入通断控制模块、信号带宽调节模块、增益调节模块、集成功率运算放大器模块和输出通断控制模块，外界待处理的小功率宽带信号依次经过输入通断控制模块 、信号带宽调节模块、增益调节模块、集成功率运算放大器模块和输出通断控制模块处理成为大功率宽带信号；　直流电源模块中的电源开启模块、功率放大模块中的输入通断控制模块、信号带宽调节模块、增益调节模块、集成功率运算放大器模块和输出通断控制模 块各自接收来自于计算机总线通讯接口模块产生的程控驱动信号，并各自将其状态信号通过计算机总线中的程控状态信号输入缓存模块输入总线接口模块。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁慎芳，邱雷，董晨华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]