一种高电压超声波发生电路及收发电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高电压超声波发生电路及收发电路，该高电压超声波发生电路包括：依次连接的触发电路、高电压电路和超声波传感器X1，以及分别为触发电路和高电压电路提供启动脉冲的控制电路。其中，控制电路可控制触发电路处于未加载状态，并控制高电压电路升压至预设高电压、且保持高电压电路与超声波传感器X1断开。控制电路可控制触发电路处于加载状态，并控制触发电路通过升压触发高电压电路与超声波传感器X1接通，瞬间为超声波传感器X1施加高频激励。本发明专利技术通过三电极火花隙开关TRG对超声波传感器施加激励，该开关不仅能够承受数千伏的高电压，而且导通速度很快，为ns级，从而可使高压电容器C1快速放电，以满足超声波传感器需要的高频激励。

A high voltage ultrasonic generating circuit and its receiving and transmitting circuit

【技术实现步骤摘要】
一种高电压超声波发生电路及收发电路
本专利技术涉及超声波测量
，尤其涉及一种高电压超声波发生电路及收发电路。
技术介绍
目前石油工业中的钻井泥浆中含有大量的固体颗粒，原油开采中液体中含有原油、水、气、砂等多种介质，对超声波信号有严重的衰减，导致超声波的接收信号幅度太小，信噪比低，甚至无法进行测量。为了解决上述问题，现有技术主要是耐高压电子器件产生高电压对发射传感器施加激励信号，其中主要的代表性文献如《自动化与仪器仪表》2019年第3期的论文“基于超声波声强无损检测的特高压GIL局部放电检测技术研究”，以及《仪表技术与传感器》2009年第8期的论文“超声管外测压中发射电路的设计”，这些方法受到电子器件耐高电压能力及高速等多方面的限制，能够实现的电压多为1000V左右，并无法很好地解决复杂介质及大口径管道的流量测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中受到电子器件耐高电压能力及高速等多方面的限制，能够实现的电压多为1000V左右，并无法很好地解决复杂介质及大口径管道的流量测量的缺陷，提供一种高电压超声波发生电路及收发电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高电压超声波发生电路，包括：依次连接的触发电路、高电压电路和超声波传感器X1，以及分别为所述触发电路和所述高电压电路提供启动脉冲的控制电路；所述控制电路可控制所述触发电路处于未加载状态，并控制所述高电压电路升压至预设高电压、且保持所述高电压电路与所述超声波传感器X1断开；所述控制电路可控制所述触发电路处于加载状态，并控制所述触发电路通过升压触发所述高电压电路与所述超声波传感器X1接通，瞬间为所述超声波传感器X1施加高频激励。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述高压电路包括：第一高压控制器D7、高压变压器Tr1、高压开关电路；所述第一高压控制器D7与所述控制电路电连接，用于控制所述高压变压器Tr1的放电；所述高压变压器Tr1的初级线圈与所述第一高压控制器D7和电源电连接，次级线圈与所述高压开关电路电连接，用于将低压转换为高压，并为所述高压开关电路充电；所述高压开关电路与所述触发电路和所述超声波传感器X1连接，用于所述触发电路处于未加载状态时，升压至所述预设高电压并保持与所述超声波传感器X1断开；所述触发电路处于加载状态时，通过所述触发电路触发与所述超声波传感器X1接通，瞬间为所述超声波传感器X1施加高频激励。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述高压开关电路包括：第一二极管D1、高压电容器C1、三电极火花隙开关TRG；所述高压变压器Tr1的次级线圈通过所述第一二极管D1为所述高压电容器C1充电，所述高压电容器C1的第一端与所述超声波传感器X1的第一端连接，所述高压电容器C1的第二端接地，所述三电极火花隙开关TRG的第一主电极G0接地，第二主电极G1与所述超声波传感器X1的第二端连接，控制极Z通过所述触发电路接地；所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙为L2，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙为L1；所述触发电路处于未加载状态时，所述高压变压器Tr1升压通过所述第一二极管D1为所述高压电容器C1充电，充电至所述预定高电压为V0时，所述第二主电极G1的电位为+V0，第一主电极G0的电位为零，控制极Z的电位为零，所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙的电场强度E1和所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的间隙的电场强度E2均低于所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的静态击穿场强EST1，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙的电场强度E3低于所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的静态击穿场强EST2；其中，E1＝V0/L2，E2＝V0/L2，E3＝0/L1；所述静态击穿场强EST1为在直流电压作用下，所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的击穿场强；所述静态击穿场强EST2为在直流电压作用下，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的击穿场强。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述触发电路包括：第二高压控制器D8、触发变压器Tr2、触发开关电路；所述第二高压控制器D8与所述控制电路电连接，用于控制所述触发变压器Tr2的放电；所述触发变压器Tr2的初级线圈与所述第二高压控制器D8和电源电连接，次级线圈与所述触发开关电路电连接，用于将低压转换为高压，并为所述触发开关电路充电；所述触发开关电路与所述三电极火花隙开关TRG的控制极Z连接，用于通过升压为所述控制极Z提供电压脉冲，触发所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙L1被击穿，继而所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙L2被击穿，所述高压电容器C1快速放电至所述超声波传感器X1。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述触发开关电路包括：第二二极管D2、电容器C2、整形器Zs、第二电阻R2；其中，所述整形器Zs为具有间隙L3的两导电端；所述触发变压器Tr2通过所述第二二极管D2为所述电容器C2充电，所述电容器C2的第一端与所述整形器Zs的第一导电端连接，所述电容器C2的第二端接地，所述三电极火花隙开关TRG的控制极Z一路连接所述整形器Zs的第二导电端，一路通过所述第二电阻R2接地；所述触发电路处于加载状态时，所述触发变压器Tr2通过所述第二二极管D2为所述电容器C2充电，所述电容器C2的电压上升至所述整形器Zs的第一导电端与第二导电端的间隙被击穿时，所述触发开关电路对所述控制极Z提供电压脉冲+Vz，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙的电场强度E3’高于所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的静态击穿场强EST2，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙L1被击穿，继而所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙L2被击穿，所述高压电容器快速放电至所述超声波传感器X1；其中，E3’＝Vz/L1。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述第一高压控制器D7为第一场效应管D7，所述第一场效应管D7的栅极与所述控制电路电连接，漏极与所述高压变压器Tr1的初级线圈电连接，源极接地；所述第二高压控制器D8为第二场效应管D8，所述第二场效应管D8的栅极与所述控制电路电连接，漏极与所述触发变压器Tr2的初级线圈电连接，源极接地。优选地，在本专利技术所述的高电压超声波发生电路中，所述高电压超声波发生电路还包括：用于检测所述高压电容器C1电压的检测电路、第一取样电阻R5、第二取样电阻R6；所述第一取样电阻R5和所述第二取样电阻R6串联，然后与所述高压电容器C1并联，所述检测电路的第一端连接在所述第一取样电阻R5和所述第二取样电阻R6之间，第二端连接所述控制电路。本专利技术还构造了一种高电压超声波收发电路，包括：依次电连接并形成环路的权利要求1-7任一项所述的高电压超声波发生电路、用于收发信号结束后调节所述超声波传感器X1结束振荡的调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高电压超声波发生电路，其特征在于，包括：/n依次连接的触发电路、高电压电路和超声波传感器X1，以及分别为所述触发电路和所述高电压电路提供启动脉冲的控制电路；/n所述控制电路可控制所述触发电路处于未加载状态，并控制所述高电压电路升压至预设高电压、且保持所述高电压电路与所述超声波传感器X1断开；/n所述控制电路可控制所述触发电路处于加载状态，并控制所述触发电路通过升压触发所述高电压电路与所述超声波传感器X1接通，瞬间为所述超声波传感器X1施加高频激励。/n

【技术特征摘要】
1.一种高电压超声波发生电路，其特征在于，包括：
依次连接的触发电路、高电压电路和超声波传感器X1，以及分别为所述触发电路和所述高电压电路提供启动脉冲的控制电路；
所述控制电路可控制所述触发电路处于未加载状态，并控制所述高电压电路升压至预设高电压、且保持所述高电压电路与所述超声波传感器X1断开；
所述控制电路可控制所述触发电路处于加载状态，并控制所述触发电路通过升压触发所述高电压电路与所述超声波传感器X1接通，瞬间为所述超声波传感器X1施加高频激励。


2.根据权利要求1所述的高电压超声波发生电路，其特征在于，所述高压电路包括：第一高压控制器D7、高压变压器Tr1、高压开关电路；
所述第一高压控制器D7与所述控制电路电连接，用于控制所述高压变压器Tr1的放电；
所述高压变压器Tr1的初级线圈与所述第一高压控制器D7和电源电连接，次级线圈与所述高压开关电路电连接，用于将低压转换为高压，并为所述高压开关电路充电；
所述高压开关电路与所述触发电路和所述超声波传感器X1连接，用于所述触发电路处于未加载状态时，升压至所述预设高电压并保持与所述超声波传感器X1断开；所述触发电路处于加载状态时，通过所述触发电路触发与所述超声波传感器X1接通，瞬间为所述超声波传感器X1施加高频激励。


3.根据权利要求2所述的高电压超声波发生电路，其特征在于，所述高压开关电路包括：第一二极管D1、高压电容器C1、三电极火花隙开关TRG；
所述高压变压器Tr1的次级线圈通过所述第一二极管D1为所述高压电容器C1充电，所述高压电容器C1的第一端与所述超声波传感器X1的第一端连接，所述高压电容器C1的第二端接地，所述三电极火花隙开关TRG的第一主电极G0接地，第二主电极G1与所述超声波传感器X1的第二端连接，控制极Z通过所述触发电路接地；
所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙为L2，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙为L1；
所述触发电路处于未加载状态时，所述高压变压器Tr1升压通过所述第一二极管D1为所述高压电容器C1充电，充电至所述预定高电压为V0时，所述第二主电极G1的电位为+V0，第一主电极G0的电位为零，控制极Z的电位为零，所述第二主电极G1与所述控制极Z之间的间隙的电场强度E1和所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的间隙的电场强度E2均低于所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的静态击穿场强EST1，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的间隙的电场强度E3低于所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的静态击穿场强EST2；
其中，E1＝V0/L2，E2＝V0/L2，E3＝0/L1；所述静态击穿场强EST1为在直流电压作用下，所述第二主电极G1与所述第一主电极G0之间的击穿场强；所述静态击穿场强EST2为在直流电压作用下，所述控制极Z与所述第一主电极G0之间的击穿场强。


4.根据权利要求3所述的高电压超声波发生电路，其特征在于，所述触发电路包括：第二高压控制器D8、触发变压器Tr2、触发开关电路；
所述第二高压控制器D8与所述控制电路电连接，用于控制所述触发变压器Tr2的放电；
所述触发变压器Tr2的初级线圈与所述第二高压控制器D8和电源电连接，次级线圈与所述触发开关电路电连接，用于将低压转换为高压，并为所述触发开关电路充电；
所述触发开关电路与所述三电极火花隙开关TRG的控制极Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦红术，张俊斌，魏裕森，张凤辉，张玺亮，薛德栋，
申请(专利权)人：中海石油深海开发有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44