0 引 言

隨著科技的進(jìn)步，無損檢測技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于實(shí) 際生產(chǎn)和生活中。因?yàn)?a href="/tags/超聲波" target="_blank">超聲波具有定向性好、能量集中，在傳 輸過程中衰減較小，反射能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，不受光線、被測物 顏色等的影響，在惡劣環(huán)境下具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此超聲 波技術(shù)是無損檢測技術(shù)中極具優(yōu)勢的一種。本文著重介紹了 利用高壓直流電源實(shí)現(xiàn)發(fā)送脈沖驅(qū)動(dòng)信號的超聲波發(fā)射電路， 并利用 Multisim 軟件對電路進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 發(fā)射電路原理圖設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果

1.1 電路設(shè)計(jì) 發(fā)射電路原理如圖 1 所示。

V2 為 IGBT 開關(guān)管 Q1提供的方波驅(qū)動(dòng)信號。電路上電時(shí)， 當(dāng) MOS 管 Q1 沒有驅(qū)動(dòng)信號到來時(shí)，Q1關(guān)斷，V1 高壓直流電 源通過電阻 R1、R2 和電容C1組成的回路對C1充電，充電完成后， C1 左側(cè)電勢約為 U1。當(dāng) Q1 的驅(qū)動(dòng)信號為高電平時(shí)，Q1 開關(guān) 管導(dǎo)通，C1 左側(cè)相當(dāng)于接地。由于電容兩端的電勢差不能突變， 因此 C1 右側(cè)電勢將變?yōu)椋璘1，且隨著時(shí)間的推移逐漸衰減（電 容放電），產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖驅(qū)動(dòng)信號，此脈沖驅(qū)動(dòng)信號通過 匹配電阻 R3 和 R4 后被加在壓電換能器上，驅(qū)動(dòng)換能器發(fā)出超 聲波，該方式屬于脈沖激勵(lì)方式。V2 驅(qū)動(dòng)信號的占空比應(yīng)根據(jù) C1 進(jìn)行調(diào)整，電容充放電時(shí)間需要根據(jù)發(fā)射的超聲波主頻率 來確定。其中，電容 C1 充放電的時(shí)間計(jì)算方法如下：

充放電時(shí)間為：τ=1/（ReqC1），其中：Req=R1+R2。

1.2 電路仿真結(jié)果

電路仿真結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 中，通道 A為 V2 輸出的 Q1 方波驅(qū)動(dòng)信號，其占空比 為 12%，方波幅值為 +5 V，頻率為 1 MHz。通道 B 為發(fā)射電 路輸出的脈沖驅(qū)動(dòng)信號波形，其輸出信號幅值約為－ 450 V，此 電壓水平足以驅(qū)動(dòng)許多換能器，頻率為1 MHz，且波形較為穩(wěn)定， 無其他雜波，對于超聲波信號的處理而言具有很大好處。由仿 真結(jié)果可知，文中所設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射電路符合要求。

2 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的超聲波發(fā)射電路由高壓直流電源供電，電路 設(shè)計(jì)較為簡單，在 1 MHz 頻率下依然能夠發(fā)出較高的驅(qū)動(dòng)電 壓，對解決高頻率下電壓限制問題具有很大的幫助。對此電路 進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，并通過仿真軟件驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的正 確性。