專利名稱：一種高頻超聲信號發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線粒度檢測儀表，具體說涉及一種高頻超聲信號發(fā)生器。
背景技術(shù)：
所有工業(yè)礦漿其粒度都不是單一的，都是分布的，所以粒度檢測，本質(zhì)上都是粒度分布檢測。在線超聲波粒度儀使用6個頻率的超聲波測量礦漿的超聲衰減，由這6個超聲衰減系數(shù)構(gòu)成標(biāo)定模型，既能反映礦衆(zhòng)中粗的成分，也能反映細(xì)的成分，這樣測出每個粒級是真實(shí)的，超聲衰減的粒度測量是礦漿中大量顆粒共同作用的結(jié)果，因此測量的一致性和代表性好。每種礦漿中測5個粗細(xì)不同的粒級，就能準(zhǔn)確表達(dá)礦漿的粒度分布。測量槽中每對超聲波傳感器的發(fā)射器和接收器之間的距離是固定的，間距的選擇應(yīng)使電子信號電平最佳。如果間距太大的話，所測量到信號電平太??；如果間距太小的話， 由礦漿作用所引起的信號變化程度不足以用于檢測。間距的確定是要根工廠所提供的粒度和濃度信息進(jìn)行計(jì)算確定的。低頻通道傳感器對典型間距范圍是50 100mm。高頻通道傳感器對典型間距范圍是25 75mm。超聲波在礦漿中的傳播速度大約是1500m/s，因此可以得出超聲波在測量槽內(nèi)的傳播時(shí)間范圍大約是16μ s 66μ S。在微秒級的傳播時(shí)間下要做到超聲波在各頻率點(diǎn)的快速切換且每個頻率下發(fā)射的超聲信號能夠快速地關(guān)斷和開通，實(shí)現(xiàn)脈寬可調(diào)，避免發(fā)射的超聲信號在測量裝置內(nèi)產(chǎn)生疊加，在各個頻率點(diǎn)工作時(shí)的超聲波信號幅值和波形不允許出現(xiàn)任何失真以免影響超聲衰減信號的接收，影響儀表檢測精度。目前包括集成電路發(fā)射模塊和分立元件組成的超聲信號發(fā)生器發(fā)射頻率多為40kHz，很少有驅(qū)動頻率達(dá)到IMHz以上的。對精度要求極高的超聲檢測領(lǐng)域，現(xiàn)有的超聲信號發(fā)生器是難以達(dá)到實(shí)際要求的。目前尚未有相應(yīng)的寬范圍(O.5MHz IOMHz)，效果好的高頻超聲信號驅(qū)動及高速頻率切換、開關(guān)電路設(shè)計(jì)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前高頻超聲信號發(fā)生器存在的缺陷，本發(fā)明提供一種能夠驅(qū)動標(biāo)稱負(fù)載50 Ω的高頻超聲換能器，在O. 5MHz IOMHz寬頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ns級的頻率切換和開關(guān)速度，且驅(qū)動信號幅值、波形均無失真發(fā)生的高頻超聲信號發(fā)生器。解決上述技術(shù)問題所采取的具體技術(shù)措施是一種高頻超聲信號發(fā)生器，其特征是由三極管(3)、⑷與電阻(7)、(9)、(10)，二極管(5)、(6)及電容⑶組成信號驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸入端連接到以CPU驅(qū)動的數(shù)字信號發(fā)生集成電路高頻脈沖輸出端，驅(qū)動電路的輸出端即三極管(3)的發(fā)射極一端連接到高頻場效應(yīng)管(2)的柵極上，高頻場效應(yīng)管
(2)漏極電位D端接入LM317電源電路⑴的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容(14)的一端，耦合電容(14)另一端與電阻網(wǎng)絡(luò)(15)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)(15)另一端連接到超聲波換能器(16)上。
本發(fā)明的有益效果由于高頻超聲信號發(fā)生器的輸入信號等同于超聲換能器工作頻率的聞頻TTL脈沖串，經(jīng)聞頻超聲彳目號發(fā)生器中以聞頻場效應(yīng)管為核心的驅(qū)動電路進(jìn)行激勵，激勵產(chǎn)生的高頻脈沖信號經(jīng)匹配和調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生輸出高頻無失真正弦超聲波，最后由耦合電路驅(qū)動超聲波換能器工作。輸出高頻范圍可達(dá)到O. 5MHz 10MHz，速度可達(dá)到ns級。高頻超聲信號發(fā)生器的供電電源有調(diào)節(jié)單元進(jìn)行調(diào)解，確保輸出的高頻超聲信號幅值穩(wěn)定無失真。


圖I是高頻超聲波信號發(fā)生器電路示意圖。圖2是實(shí)施例中電路示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理。一種高頻超聲信號發(fā)生器，其電路結(jié)構(gòu)如圖I所示，由三極管3，4與電阻7，9，10，二極管5，6及電容8組成信號驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸入端連接到以CPU驅(qū)動的數(shù)字信號發(fā)生集成電路(DDS)高頻脈沖輸出端，驅(qū)動電路的輸出端即三極管3的發(fā)射極一端連接到高頻場效應(yīng)管2的柵極(G極)上，高頻場效應(yīng)管2漏極電位D端接入LM317常規(guī)電源電路I的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容14的一端，耦合電容14另一端與常規(guī)理論計(jì)算的匹配電阻網(wǎng)絡(luò)15連接，電阻網(wǎng)絡(luò)15另一端連接到(O. 5MHz IOMHz)超聲波換能器16上。具體實(shí)施例如圖2所示，由三極管3，4與電阻7，9，10，二極管5，6及電容8組成信號驅(qū)動電路，其中IK電阻10的一端作為驅(qū)動電路的輸入端并與上拉51K電阻9相連，51K電阻9的另一端與+12V電源相連；1K電阻10另一端連接2號1Ν4148 二極管6的正端，2號1Ν4148 二極管6的負(fù)端與I號2Ν3904三極管3的基極相連；+12V電源與地之間連接一
O.IuF濾波電容8 ;1K電阻7作為2號2Ν3904三極管4的集電極電阻同時(shí)與I號2Ν3904三極管3的基極相連；1號2Ν3904三極管3的集電極連接+12V電源，發(fā)射極與基極之間連接I號1Ν4148 二極管5 ;2號2Ν3904三極管4的基極與驅(qū)動電路輸入端之間連接電容11，基極與發(fā)射極之間連接3號1Ν4148 二極管12。驅(qū)動電路輸入端為O. 5MHz IOMHz高頻脈沖串，信號為TTL電平。高電平信號時(shí)，信號通過IK電阻10，2號1N4148 二極管6加載到I號2N3904三極管3的基極上，使I號2N3904三極管3導(dǎo)通，+12V直接加到高頻場效應(yīng)管2的柵極上；低電平信號時(shí)，O. 01 μ F加速電容11極性反向，高電平加載到2號2Ν3904三極管4基極上，使2號三極管4導(dǎo)通。高頻場效應(yīng)管2的柵極經(jīng)I號1Ν4148 二極管5接地。IK電阻7的作用是當(dāng)2號2Ν3904三極管4導(dǎo)通時(shí)，I號2Ν3904三極管3的基極端被強(qiáng)制拉低，使I號2Ν3904三極管3工作在截止?fàn)顟B(tài)。2號1Ν4148 二極管6的作用是限制2號2Ν3904三極管4的飽和深度，提高開關(guān)速度。電容11作用是加強(qiáng)脈沖沿，提高開關(guān)速度。3號1Ν4148 二極管12是反向二極管為加速電容11提供反向泄放回路。51Κ電阻9視為TTL高電平提升到+12V的上拉電阻，并保證功率放大器輸入開路時(shí)高頻場效應(yīng)管2的柵極驅(qū)動為低電平，使高頻場效應(yīng)管2處于關(guān)斷狀態(tài)。O. IuF電容8為濾波電容，增強(qiáng)信號抗干擾能力。高頻場效應(yīng)管2漏極電位VCC端接入LM317常規(guī)電源電路的輸出端，電壓調(diào)節(jié)到20V，此電位是極限電位，是不會改變的，所以供電電源給定調(diào)節(jié)電壓整定后，輸出信號幅度就固定不變，確保超聲發(fā)射信號幅值不低于固定值。最終高頻場效應(yīng)管2輸出通過O. I μ F耦合電容14經(jīng)匹配電阻網(wǎng)絡(luò)15產(chǎn)生正弦超聲波信號加載到O. 5MHz IOMHz超聲波換能器16上。匹配電阻15的選擇要根超聲波換能器頻率而定，范圍在50 250歐姆，圖中設(shè)計(jì)為200歐姆。 高頻場效應(yīng)管的開關(guān)速度和工作頻率比雙極三極管高I 2個數(shù)量級，載流子渡越時(shí)間小于1ns，開關(guān)速度和頻率響應(yīng)速度在本發(fā)明設(shè)計(jì)中得到了很好的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種高頻超聲信號發(fā)生器，其特征是由三極管(3)、(4)與電阻(7)、(9)、(10)，二極管(5)、(6)及電容(8)組成信號驅(qū)動電路，驅(qū)動電路輸入端連接到以CPU驅(qū)動的數(shù)字信號發(fā)生集成電路高頻脈沖輸出端，驅(qū)動電路的輸出端即三極管(3)的發(fā)射極一端連接到高頻場效應(yīng)管⑵的柵極上，高頻場效應(yīng)管⑵漏極電位D端接入LM317電源電路⑴的輸出端，漏極信號輸出端連接耦合電容(14)的一端，耦合電容(14)另一端與電阻網(wǎng)絡(luò)(15)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)(15)另一端連接超聲波換能器(16)上。
全文摘要
一種高頻超聲波信號發(fā)生器裝置，電路結(jié)構(gòu)是驅(qū)動電路輸入端連接以CPU驅(qū)動的數(shù)字信號發(fā)生集成電路，輸出端連接到工作在開關(guān)狀態(tài)下的高頻場效應(yīng)管的柵極上，高頻場效應(yīng)管漏極信號輸出端連接耦合電容，耦合電容與匹配電阻網(wǎng)絡(luò)連接，電阻網(wǎng)絡(luò)連接0.5MHz～10MHz超聲波換能器。本發(fā)明裝置能夠激勵標(biāo)稱50Ω的高頻超聲換能器，產(chǎn)生0.5MHz～10MHz的高頻超聲波信號。并在寬頻范圍(0.5MHz～10MHz)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種頻率信號的快速切換和開關(guān)，速度可達(dá)到ns級，且驅(qū)動信號幅值、波形均無失真發(fā)生。該發(fā)生器裝置在在線超聲波粒度儀上得到了應(yīng)用。
文檔編號G01N15/02GK102721632SQ20111007637
公開日2012年10月10日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者喬勇, 崔祜林, 李少華, 楊健, 熊向前, 王永全, 白宇, 趙巖, 邱軍, 黃永剛 申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司