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：
本實用新型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，既能反映礦漿中粗的成分，也能反映細的成分，這樣測出每個粒級是真實的，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個粗細不同的粒級，就能準確表達礦漿的粒度分布。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小；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行計算確定的。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)的傳播時間范圍大約是16μ s 66μ S。在微秒級的傳播時間下要做到超聲波在各頻率點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，在各個頻率點工作時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)生器是難以達到實際要求的。目前尚未有相應(yīng)的寬范圍(0. 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)計的報道。
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，本實用新型提供一種能夠驅(qū)動標(biāo)稱負載50 Ω的高頻超聲換能器，在0. 5MHz IOMHz寬頻范圍內(nèi)實現(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 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)另一端連接到超聲波換能器(16)上。[0009]本實用新型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高頻TTL脈沖串，經(jīng)高頻超聲信號發(fā)生器中以高頻場效應(yīng)管為核心的驅(qū)動電路進行激勵，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。輸出高頻范圍可達到0. 5MHz 10MHz，速度可達到ns級。高頻超聲信號發(fā)生器的供電電源有調(diào)節(jié)單元進行調(diào)解，確保輸出的高頻超聲信號幅值穩(wěn)定無失真。

圖1是高頻超聲波信號發(fā)生器電路示意圖。圖2是實施例中電路示意圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的結(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1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1 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(0. 5MHz IOMHz)超聲波換能器16上。具體實施例如圖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；IK電阻10另一端連接2號1N4148 二極管6的正端，2 號1N4148 二極管6的負端與1號2N3904三極管3的基極相連；+12V電源與地之間連接一 0. IuF濾波電容8 ；IK電阻7作為2號2N3904三極管4的集電極電阻同時與1號2N3904 三極管3的基極相連；1號2N3904三極管3的集電極連接+12V電源，發(fā)射極與基極之間連接1號1N4148 二極管5 ；2號2N3904三極管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1N4148 二極管12。驅(qū)動電路輸入端為0. 5MHz IOMHz高頻脈沖串，信號為TTL電平。高電平信號時，信號通過IK電阻10，2號1N4148 二極管6加載到1號2N3904三極管3的基極上，使1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，0. 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)1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，1號2Ν3904三極管3的基極端被強制拉低，使1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)。0. IuF電容8為濾波電容，增強信號抗干擾能力。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0. 1 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0. 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1 2個數(shù)量級，載流子渡越時間小于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(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(1)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。
專利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。本實用新型裝置能夠激勵標(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)實現(xiàn)多種頻率信號的快速切換和開關(guān)，速度可達到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G01N15/02GK202052687SQ201120086728
公開日2011年11月30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