可调宽脉冲组合超声震源制造技术

本发明专利技术涉及一种超声波震源，为提高发射能量和解决震动延续时间问题而设计。由中央控制、脉冲形成、电源、按键及显示四大部件组成。中央控制部分根据按键操作同时生成数个正、负脉冲，脉冲个数、宽度、间隔时间、幅度可调，并由显示器显示，脉冲形成部分对数个正、负脉冲进行组合并高压输出，用组合波形中的负脉冲去补偿由正脉冲产生的超声余波，调整脉宽适应不同频率换能器。经试验有明显提高超声源穿透力和分辨率的作用。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种毫微秒脉冲发生器，更确切地说是涉及一种超声波震源超声波震源是供给电声型换能器的一种交流电能源设备，产生所需工作频率的一定大小的电功率，再经超声换能器转变为所需频率的超声能，超声震源广泛应用于声纳、超声探伤、超声测量和地震物理模型实验等
中，通常要求超声震源具有尽可能强的发射能量和尽可能短的延续时间(亦称余波)，从而使超声震源具有尽可能强的穿透力和尽可能高的分辨力，目前的超声震源普遍采用单一脉冲法，其主要工作原理是由单稳态触发器向毫微秒脉冲产生电路提供上升时间小于10ns的快沿触发脉冲，经射极跟随器转变为时基信号输出作为微机的起始时间标志，生成定幅定宽的脉冲信号加至高频高反压晶体管基极上，其集电极加高压并处于雪崩击穿工作状态，平时无信号输出，当快沿触发脉冲到来时，三极管瞬时导通、负载电容快速放电，形成极性为负的窄脉冲输出，调整负载电阻和负载电容可在一定范围内调整脉冲底宽和脉冲幅度，且底宽越窄，幅度越低。由于电声换能器晶片固有震动特性和受探头制作工艺的限制，以上述单一窄脉冲作震源，在发射能量和震动延续时间两方面均不能满足上述科学
的要求，解决这个问题通常采用抓两头的技术，一种是选择高质量的超声换能器，尽量改善其性能以满足技术要求，另一种是从加在超声换能器上的脉冲信号入手，使其提高发射能量和减少超声波余波。本专利技术的目的是为提高超声深头的穿透力和分辨力、解决超声震源发射能量和余波方面的问题，从加在超声换能器上的脉冲信号入手设计一种可调宽脉冲组合超声震源。本专利技术的基本原理是设计一种能同时产生数个正、负脉冲的脉冲发生器，各脉冲的脉冲个数可调，各脉冲的宽度可调、幅度可调、脉冲间隔时间可调;对这数个正、负脉冲按一定的方式组合且高压输出后再加至超声换能器上，用组合波形中的负脉冲信号去补偿(或抵消)由正脉冲信号产生的超声波余波，调整脉冲宽度可适应不同频率电声换能器的需要因为，在一定宽度范围内能量随脉冲宽度增加而增大，因而调宽脉冲可明显提高超声震源的能量，显著增强超声波穿透力，同时通过脉宽达到控制超声波穿透力的目的;将若干个调宽脉冲按一定方式组合时，电声换能器的输出响应也是若干个调宽脉冲响应叠加的结果，以致基本抵消余波。本专利技术的可调宽脉冲组合超声震波，由中央控制部分、脉冲形成部分、按键和显示部分、电源部分四大功能部件组成，中央控制部分根据一组按键提供的信息控制脉冲形成部分同时输出要求的脉冲个数S1-Sn，同时控制显示部分显示按键组提供的信息;脉冲形成部分根据中央控制部分提供的信息组合输出正、负相间的高压脉冲;按键和显示部分为中央控制部分提供控制信息，如输出脉冲的个数、各脉冲中脉冲与脉冲的间隔时间、外触发方式还是内触发方式、内部触发时的脉冲重复频率等，并显示以上信息;电源部分为其余三个功能部件提供工作电源，其特征在于所述的中央控制部分包括最小单片机系统和向单片机中断端输入外触发脉冲的整形电路，单片机n个I/O端可同时分别输出n个S0"-Sn"脉冲，所述按键组与单片机的I/O端及数据D端连接;所述的脉冲形成部分包括n个S0"-Sn"的脉冲宽度及间隔时间细调电路，生成S1-Sn个脉冲，和对生成的S1-Sn进行波形组合并高压输出的脉冲发射器。本专利技术由单片机程序控制所生成的S1-Sn脉冲个数、脉冲间隔时间及重复频率等，使之保持在一范围内，即完成粗调，由S1-Sn的各路细调电路对脉冲间隔时间及重复频率进行细调，最终完成组合脉冲波形的调节。下面结合实施例及其附图进一步说明本专利技术的技术本实施例的中央控制部分可同时生成六个脉冲信号，六个脉冲可同起点，也可不同起点，如附图说明图1-1S1′-S6′所示，根据需要，六个脉冲从一至六可以任意组合高压输出，如图1-2所示，组合脉冲信号幅度从0-400V连续可调，脉冲宽度从150ns-4μs连续可调，脉冲间隔时间从200ns-20μs连续可调。图1-1，S1′-S6′实施波形示意1-2，高压组合脉冲实施波形示意2，可调宽脉冲组合超声震源的方框原理3，图1中中央控制部分的实施电路4-1，图1中脉冲形成部分的实施例1电路4-2，图1中脉冲形成部分的实施例2电路5，图1中按键和显示部分的实施电路6-1、图6-2分别为图4-1、图4-2中脉冲形成部分的脉宽及间隔时间细调电路的工作波形图。图7，可调宽脉冲组合超声震源工作主流程图之一图8，可调宽脉冲组合超声震源工作主流程图之二图9，可调宽脉冲组合超声震源工作主流程图之三参见图2，可调宽脉冲组合超声震源由电源部分10、中央控制部分20、按键和显示部分30、高压组合脉冲形成部分40组成电源部分10提供两组+5V、一组+12V和正、负400V高压中央控制部分20可同时输出S1-S6六个脉冲信号，也可只输出其中一个或2-5个脉冲信号，但正、负脉冲相间单片机的中断端输入外触发信号EXT-TRIG，同步输出信号SYNC由其一个I/O端输出操作按键部分30的一组按键，可控制输出脉冲S1-S6的个数，脉冲和脉冲之间的间隔(粗调)、外触发或内触发选择，内触发时的重复频率，中央控制部分20根据按键信息控制高压组合脉冲形成部分40，并控制显示按键组提供的信息，最后由脉冲形成部分40输出要求的正、负相间的高压组合脉冲。图3所示为中央控制部分20的实施电路，包括由IC1单片微处理器8031、IC2数据锁存器74LS373和IC3存贮器2764构成的最小单片机系统，对外触发脉冲进行整形取其下降沿作为单片机中断输入信号的IC4单稳态触发器74LS123，与单片机P17、P16连接的按键SW1、SW2分别用于选择内、外触发方式和对脉冲间隔时间、脉冲宽度进行粗调，与单片机P10-P15连接的IC5-1… …IC5-6六反相器将单片机同时输出的六个脉冲信号S1′-S6′分别送六个光电耦合器T1L117，光电耦合输出的SO″-Sn″送图4-1或图4-2脉冲形成电路的同名端，采用光电隔离器的目的是为增加电路的抗干扰能力图中译码器IC6对地址A5、A6、A7进行译码，输出Y1-Y8信号至图5的按键和显示电路“S1”信号并作为同步SYNC信号输出，数据信号D0-D7及读写信号WR、RD送图5的按键和显示电路。图4-1所示的为高压组合脉冲形成部分40的一个实施电路，包括六组分别与S1″-S6″连接的脉宽、时间间隔细调电路和脉冲组合高压发射电路每组脉宽、时间间隔细调电路由两级单稳态触发器IC7、IC8和施密特反相整形电路IC9串接构成，其工作波形可参见图6-1，调正R1、R4可细调每个脉冲的宽度T1及间隔时间T2因篇幅有限图中只画出一组(S1)脉冲的细调电路，调正后的六组脉冲S1-S6送脉冲发射器IC10，进行幅度调节、高压、组合输出图中脉冲发射器IC10的外接电阻R5-R10分别用于调整S1-S6的脉冲幅度。图4-2所示为高压组合脉冲形成部分40的另一个实施电路，也包括六组分别与S1″-S6″连接的脉宽、时间间隔细调电路和脉冲组合高压发射电路，每组脉宽、时间间隔细调电路由单稳态触发器IC7、IC7′、IC8，整形与非门IC9，施密特反相整形电路IC7′、IC8′连接构成限于篇幅，图中仅画出一组即S1″的调节电路，其余五组的电路结构与之完全相同，整形与非门I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可调宽脉冲组合超声震源，包括以内触发方式或接收外触发中断输入信号、同时生成Ｓ１″－Ｓｎ″个正、负脉冲信号的中央控制部分，将Ｓ１″－Ｓｎ″个正、负脉冲组合生成高压组合脉冲输出的脉冲形成部分，向中央控制部分输入控制信息、控制生成正、负脉冲个数、脉冲间隔时间、内／外触发方式、内触发脉冲重复频率的一组按键，与中央控制部分数据端连接、用于显示控制信息的显示器和电源部分，其特征在于：所述的中央控制部分包括由单片机、数据锁存器、存贮器组成的最小单片机系统和向单片机中断端输入外触发脉 冲的整形电路，所述的Ｓ１″－Ｓｎ″个正、负脉冲信号同时由单片机的ｎ个Ｉ／Ｏ端输出；所述按键组与单片机的Ｉ／Ｏ端及数据Ｄ端连接；所述的脉冲形成部分包括对Ｓ１″－Ｓｎ″进行脉冲宽度及间隔时间细调，分别输出Ｓ１－Ｓｎ的ｎ个调节电路和对Ｓ１ －Ｓｎ进行波形组合并高压输出的脉冲发射器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牟永光，狄邦让，
申请(专利权)人：石油大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]