【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波测量，具体地涉及一种隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路。
技术介绍
1、工业超声检测有些场合需要更大的超声发射功率，更简单可靠的换能器结构以及更加灵敏的信号接收电子电路。这几个目的对技术参数来说是相互制约的关系，有时为了满足其中一项的技术指标要求需要牺牲掉其它方面的技术指标。例如如果提高超声波发射功率通常会增加接收信号的盲区和增大电子电路的体积，为了减少信号的盲区将换能器拆分为发射和接收2个物理部分又会增加换能器的结构复杂度。仅仅通过提高信号接收的增益来提高信号的灵敏度又会同步增加噪声的信号。满足超声波检测设备终端用户的应用目的需要在众多的技术指标中寻找平衡点。
2、在自发自收的超声波检测电子系统中，接收到的信号相比发射信号来说通常要低2到6个数量级，所以发射信号对任何接收信号来说都算是高压信号，这样隔离高压发射和小信号接收的电路模块尤其重要。
3、以电磁超声波检测设备为例，现有电磁超声技术需采用高功率高压电源来激励置于恒定磁场，和工件表面的换能器，由此在工件表面产生超声波，超声波在工件内传播，经过反射回来的超声波，再次经过置于恒定磁场的换能器线圈产生微弱的电压信号，输入到后端小信号处理电路，经过模拟调理和软件分析后得到检测结果。发射电路产生的高压通常在100v数量级，而接收电路产生的小信号通常在10uv数量级，可见高压发射电路对小信号接收电路的干扰有可能是非常巨大的。因此高功率高压电源需要与后端的小信号处理电路隔离，同时换能器线圈与后端小信号电路需要保持有效低阻抗的联接通路
4、现有的主流的压电超声波电子设备和电磁超声波电子设备采用阻尼限幅的方法来隔离高压和输出小信号。具体实施方法是：在高压电源与小信号接收电路输入端之间串联一几百欧的电阻，电阻与小信号接收电路输入端的连接点加一对正反并联的快速恢复小信号二极管到地，所述电阻上承载绝大部分高压压降，同时下拉的二极管钳位小信号输入端的高压残余电压在安全范围；
5、所述阻尼限幅存在的缺陷是：由于换能器输出到小信号接收电路输入串联了几百欧电阻，增加了换能器的等效输出阻抗，降低了信号源端的信噪比，导致仪器整机的信噪比整体下降。
6、又以全聚焦压电相控阵检测设备为例，每一次测量每一个阵元都需要一次自发自收的测量，如果发射电压过大的话小信号盲区也会过大，这样就会漏掉近表面的样件缺陷重要信息。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术问题，本专利技术目的是：提供一种隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，替代采用串联电阻和限幅二极管的方式来隔离高压电源输出的高压与小信号接收电路，降低了换能器的等效输出阻抗，增强了信噪比，同时减少了自发自收的超声波换能器信号盲区。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，包括二极管偏置电流控制电路、二极管互联电路；
4、所述二极管偏置电流控制电路，用于控制调节二极管互联电路中二极管的流通电流；
5、所述二极管互联电路，用于隔离高功率高压电源输出电路和超声波信号接收电路，连通换能器输出网路和超声波信号接收电路。
6、优选的，所述二极管互联电路，包括二极管d1、d2、d 11、d 12和电阻r1、r5，其中电阻r1、r5的第一端共接到二极管偏置电流控制电路的控制端；电阻r1、r5的第二端分别通过二极管d1、d11接高压电源输出网络两端；电阻r1、r5的第二端还分别通过二极管d2、d 12接超声波信号接收电路的输入网络两端。
7、优选的，所述二极管互联电路采用i型电路，或ii型电路；
8、所述i型电路中：二极管d1、d2的阴极共同连接电阻r1，二极管d11、d12的阴极共同连接电阻r5；二极管d1、d11的阳极分别接高压电源输出网络两端；二极管d2、d12的阳极分别接超声波信号接收电路的输入网络两端；
9、所述ii型电路中：二极管d1、d2的阳极共同连接电阻r1，二极管d11、d12的阳极共同连接电阻r5；二极管d1、d11的阴极分别接高压电源输出网络两端；二极管d2、d12的阴极分别接超声波信号接收电路的输入网络两端。
10、优选的，所述二极管偏置电流控制电路包括三极管q1，静态偏置电阻r2、r3和负反馈电阻r4，其中静态偏置电阻r2、r3串联，r2另一端接地，r3另一端在i型电路中接-vcc电压，在ii型电路中接+vcc电压；三极管q1的基极接r2、r3的共接点，发射极连接r4一端，r4另一端连接系统处理器控制的vee电源，vee电源在i型电路中输出0v或者-vcc，在ii型电路中输出0v或者+vcc，集电极接二极管互联电路的控制端。
11、优选的，所述换能器输出网路为电磁换能器l1_1、l1_2时；
12、在i型电路中，电磁换能器l1_1、l1_2的一端分别接二极管d1、d11的阳极，另一端共同接地；
13、在ii型电路中，电磁换能器l1_1、l1_2的一端分别接二极管d1、d11的阴极，另一端共同接地。
14、优选的，所述换能器输出网络为压电换能器y1_1、y1_2时；
15、在i型电路中，压电换能器y1_1、y1_2的一端分别接二极管d1、d11的阳极，另一端共同接地；
16、在ii型电路中，压电换能器y1_1、y1_2的一端分别接二极管d1、d11的阴极，另一端共同接地。
17、优选的，所述系统处理器控制vee电源输出0v时，二极管偏置电流控制电路中的三极管q1截止，集电极不提供静态电流输出，二极管互联电路中的二极管无正向偏置电流，两串联二极管的正极到正极支路，两串联二极管负极到三极管发射极支路均处于截止隔离状态，此时，系统处理器控制高压发射电源输出高压脉冲通过低阻抗的换能器线圈到地形成回路，完成高压发射；
18、高压发射周期结束后，系统处理器控制vee电源的输出，在i型电路中vee输出-vcc，在ii型电路中输出+vcc，二极管偏置电流控制电路中的三极管q1导通，负反馈电阻r4稳定q1的静态工作电压和电流，集电极提供恒定的静态电流输出，二极管互联电路中的二极管产生偏置电流，对于换能器输出的交流小信号两串联二极管处于导通状态，此时，换能器与超声波信号接收电路的两输入端处于导通连接状态，完成超声回波的接收。
19、与现有技术相比，本专利技术的优点是：
20、1、本专利技术采用一种新型的高压隔离和低阻抗小信号输出接口电路，采用程序控制开启或者关闭两个串联二极管的直流偏置电流实现二极管的截止和导通，同时实现了高压电源与小信号接收电路的隔离和换能器与小信号接收电路的低阻抗联通，在现有技术基础上，降低了换能器的等效输出阻抗，提高系统的信噪比；
21、2、本专利技术实现了二极管互联电路分时实现高阻隔离和低阻抗联通的电路结构设计；
22、3、本专利技术实现了二极管偏流控制电路的快速启动和快速关闭本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，包括二极管偏置电流控制电路、二极管互联电路；
2.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管互联电路，包括二极管D1、D2、D11、D12和电阻R1、R5，其中电阻R1、R5的第一端共接到二极管偏置电流控制电路的输出端；电阻R1、R5的第二端分别通过二极管D1、D11接高压电源输出网络两端；电阻R1、R5的第二端还分别通过二极管D2、D12接超声波信号接收电路的输入网络两端。
3.根据权利要求2所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管互联电路采用I型电路，或II型电路；
4.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管偏置电流控制电路包括三极管Q1，静态偏置电阻R2、R3和负反馈电阻R4，其中静态偏置电阻R2、R3串联，公共端接三极管Q1的基极，R2另一端接地，R3另一端在I型电路中接-VCC电压，在II型电路中接+VCC电压；三极管Q1的发射极连接到R4一
5.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述换能器输出网路为电磁换能器L1_1、L1_2或者压电换能器Y1_1、Y1_2。
6.根据权利要求5所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述换能器输出网路为电磁换能器L1_1、L1_2时，在I型电路中，电磁换能器L1_1、L1_2的一端分别接二极管D1、D11的阳极，另一端共同接地；在II型电路中，电磁换能器L1_1、L1_2的一端分别接二极管D1、D11的阴极，另一端共同接地。
7.根据权利要求5所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述换能器输出网络为压电换能器Y1_1、Y1_2时；在I型电路中，压电换能器Y1_1、Y1_2的一端分别接二极管D1、D11的阳极，另一端共同接地；在II型电路中，压电换能器Y1_1、Y1_2的一端分别接二极管D1、D11的阴极，另一端共同接地。
8.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述系统处理器控制VEE电源输出0V时，二极管偏置电流控制电路中的三极管Q1截止，集电极不提供静态电流输出，二极管互联电路中的二极管无正向偏置电流，两串联二极管的正极到正极支路，两串联二极管负极到三极管发射极支路均处于截止隔离状态，此时，系统处理器控制高压发射电源输出高压脉冲通过低阻抗的换能器线圈到地形成回路，完成高压发射；
...【技术特征摘要】
1.一种隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，包括二极管偏置电流控制电路、二极管互联电路；
2.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管互联电路，包括二极管d1、d2、d11、d12和电阻r1、r5，其中电阻r1、r5的第一端共接到二极管偏置电流控制电路的输出端；电阻r1、r5的第二端分别通过二极管d1、d11接高压电源输出网络两端；电阻r1、r5的第二端还分别通过二极管d2、d12接超声波信号接收电路的输入网络两端。
3.根据权利要求2所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管互联电路采用i型电路，或ii型电路；
4.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接收的超声波电子设备电路，其特征在于，所述二极管偏置电流控制电路包括三极管q1，静态偏置电阻r2、r3和负反馈电阻r4，其中静态偏置电阻r2、r3串联，公共端接三极管q1的基极，r2另一端接地，r3另一端在i型电路中接-vcc电压，在ii型电路中接+vcc电压；三极管q1的发射极连接到r4一端，r4另一端连接系统处理器控制的vee电源，vee电源在i型电路中输出0v或者-vcc，在ii型电路中输出0v或者+vcc，三极管q1的集电极接二极管互联电路的控制端。
5.根据权利要求1所述的隔离高压发射和小信号接...
【专利技术属性】
技术研发人员：金怡胜，谢明明，杨龙，
申请(专利权)人：苏州博昇科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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