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虚拟超声波无损探伤系统前端电路设计实现
发布时间:2016-12-28 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
在发射电路中，高压直流通过限流电阻R1，隔直电容C被充电到VH，在常用的超声检一体电感器测系统中，VH电压在数十伏至几百伏的范围内。为充分激发探头的压电性能，采用了400 V的高压直流电源模块。晶闸管Q作为一个高速开关器件在此受单片机产生的脉冲信号控制。在低电平时，晶闸管Q处于截至状态，电容C被充电到400 V，在高电平信号到达时，晶闸管Q处于导通状态，引起电容C经晶闸管Q和可调电阻R2放电，在R2上产生激励探头的高压脉冲。可变电阻R2决定了电路的阻尼情况，可以通过改变R2的阻值来改变发射的强度。电阻大时阻尼小，发射强度大，仪器的分辨力低，适合探测厚度大，对分辨率力要求不高的试可调电感件。电阻小时阻尼大，分辨率高，在探测近表面缺陷时或对分辨力要求较高时予以采用。该设计选用双向晶闸管BTl36—600，该晶闸管具有600 V的反向峰值电压和4 A的额定平均电流。为充分驱动该晶闸管工作，特意选用了双路功率MOSFET驱动器ICL7667设计了驱动电路。发射电路产生的高压脉冲和超声波信号如图4所示。
2．2 限幅与接收放大电路
当检测范围很大时，深度缺陷或底波的反射波信号很微弱，因此在处理之前需要进行高增益放大处理。而由于探头是收发一体的，发射信号很强，它同时作用于接收电路，而且在实现的测试过程中，有可能加进强干扰，因此为保护放大电路不致损坏，使放大电路能处于线性的动态范围，需要在放大之前接收信号进行限幅，限幅电路如图5所示。图中电阻R3相对于发射电路中的可调电阻R2要足够大，用以消除接收电路对发射电路产生负载效应。选用具有较大正向电流的二极管(如2K61701)D2和D3构成双向限幅电路，防止发射电路中的高压脉冲进入到后端接收电路中，这样限幅电路的输出在士0．7 V左右，达到了该电路的预期效果。限幅之后，便是放大电路，为了能够测量幅度的变化值，在回波信号进入放大器之前，先经过已校准的衰减器，以便于对信号幅度定量调节，以适应不同的信号电感生产范围。该设计选用AD(ANALOG DEVICES)公司推出的压控增益放大器AD603进行程控增益放大电路模块的设计。AD603具有线性分贝、低噪声、宽频带、高增益精度以及增益控制灵活等特点，其高达50 MΩ的阻抗能够保证信号充分加载到后级电路中。AD603程控增益原理图如图6所示，其管脚说明如表1所示。
AD603提供精确的、可由管脚选择的增益，且其增益线性可变，而且在温度和电源电压变化时有很高的稳定性，增益变化范围40 dB，增益控制转换比例25 mV／dB，相应速度为40 dB，变化范围所需时间小于1μs。如图6所示，AD603内部包含一个七级R一2R梯形网络组成的0～一42 dB的可变衰减器和一个固定增益放大器，此固定增益放大器的增益可以通过外接不同反馈网络的方式改变，以选择AD603不同的增益变化范围。AD60贴片电感3的这种可变增益功能是其他运算放大器所不能比拟的。
超声回波信号由VINP进入衰减器衰减后，再通过定增益放大器放大。衰减器的增益控制由控制电压VG完成，功率电感器VG是差动输入的增益控制电压，即GPOS与GNEG之差，范围是一O．5～+O．5 V。定增益放大器的增益可以通过外接不同反馈网络的方式改变，以选择AD603不同的增益变化范围。
(1)当AD603输出端VOUT与反馈端FDBK短接时，Gain(dB)=40VG+10；此时增益范围为一10～+30 dB，带宽为90 MHz。
(2)当AD603输出端VOUT与反馈端FDBK接上反馈电阻时，Gain(dB)=40VG+20；此时增益范围为0～+40 dB，带宽为30 MHz。
(3)当反馈端FDBK接地时，Gain(dB)=40VG+30；此时增益范围为10～50 dB，带宽为9 MHz。
由此可见，AD603的增益控制是相当灵活的。在实际的使用过程中，可以将多片AD603串联来实现更大的放大和动态范围控制。本设计首先使用了单片AD603作为前置放大，之后使用了两片AD603串联使用作为AGC自动增益放大。前置放大器如图7所示。便携产品电源芯片的应用技术便携产品电源系统设计要求便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，则会影响到整个系统的架构、产品的特性组合
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