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技术

本发明专利技术公开一种改进型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。本发明专利技术还公开了用于本发明专利技术的元器件参数的设计方法，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无损伤探测领域，特别是涉及一种改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器及其元器件参数设计方法。
技术介绍
随着工业自动化的极大发展，各种设备得到大规模运用，在使用中安全隐患问题也极大突显出来，为了消除这类问题，需要对设备进行不定期探伤检测，因此，无损伤探伤技术迅速发展。在无损伤探伤领域，超声导波检测技术具有传播距离远、速度快等优点，应用前景十分广阔。在超声导波检测技术中，电磁超声波检测技术以其非接触、耐高温、无需耦合剂的优点，成为超声检测技术的前沿发展技术之一。在电磁超声波检测技术中，电磁超声波激励源的激励信号需要是高频窄带宽脉冲信号，传统技术主要是利用变压器获得高压增益，但是这种方法会产生电磁干扰，而且变压器是具有高转换比率的脉冲型变压器，而这种变压器不仅有磁饱和的限制，而且需要复杂的保护电路，体积庞大，成本高，难以实现小型化便携式设备使用。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供一种改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器及其激励电源元器件参数设计方法。利用全桥逆变器产生脉冲型方波信号，再经改进型LCL谐振电路的两级谐振产生无谐振拖尾的正弦波的脉冲型激励高压信号，用以激励电磁超声换能器产生超声波进行元器件探伤。技术方案如下：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，其关键在于：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，信号接收部接收被测物体反射超声波；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的后端还接电感LP的前端，电感LP后端接激励线圈电路的输入端。采用上述结构，通过两级谐振能提供较高的电磁超声波换能器所需的脉冲型激励电压，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。更进一步的，所述电感LS经电阻R1与电感LP连接，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。采用上述结构，电阻R1和电阻R2能消除谐振拖尾现象，能使产生的激励信号一直为高次谐波，提高检测精度。更进一步的，所述信号发射电路包括直流电压源、驱动电路和全桥逆变器，所述直流电压源接所述全桥逆变器，所述驱动电路驱动全桥逆变器输出矩形脉冲信号，所述全桥逆变器的输出端接LCL谐振电路。采用上述结构，能产生良好的矩形脉冲信号。更进一步的，超声波换能器由锂电池供电。采用上述结构，锂电池便于携带，能实现电磁超声波换能器的小型化便携式设备使用。改进型LCL谐振电路的电磁超声波换能器的元器件参数设计方法，其关键在于按照一下步骤进行：步骤1、选定增益倍数λ和谐振频率ωR，其中λ为正整数；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由电感LS和电容Cp组成的LC谐振，后级可以看由电感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 Z L C L = jωL p - jω 3 L 0 L p C 0 + jωL 0 + R 0 1 - ω 2 L 0 C 0 ]]>因为电路工作在谐振状态，所以输入阻抗的虚部为0，即 Im [ Z L C L ] = jωL p - jω 3 L p L 0 C 0 + jωL 0 1 - ω 2 L 0 C 0 = 0 ]]>由此可以求出谐振频率： ω R = L p + L 0 L p L 0 C 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于：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的后端还接电感LP的前端，电感LP后端接激励线圈电路的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种改进型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，其特征在于：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的后端还接电感LP的前端，电感LP后端接激励线圈电路的输入端。2.根据权利要求1所述改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器，其特征在于：所述电感LS经电阻R1与电感LP连接，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。3.根据权利要求2所述改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器，其特征在于：所述信号发射电路包括直流电压源、驱动电路和全桥逆变器，所述直流电压源接所述全桥逆变器的输入端，所述驱动电路驱动全桥逆变器输出脉冲型方波信号。4.根据权利要求1所述改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器，其特征在于：电磁超声波换能器由锂电池供电。5.如权利要求3所述改进型LCL谐振电路的电磁超声换能器的元器件参数设计方法，其特征在于按照一下步骤进行：步骤1、选定增益倍数λ和谐振频率ωR，其中λ为正整数；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 Z L C L = jωL p - jω 3 L 0 L p C 0 + jωL 0 + R 0 1 - ω 2 L 0 C 0 ]]>因为电路工作在谐振状态，所以输入阻抗的虚部为0，即 Im [ Z L C L ] = jωL ...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳奇，糟永明，张兴兰，魏思铭，侯帅丞，覃文雷，牛治，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50