低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無損檢測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，通過低頻超聲導(dǎo)波技術(shù)可實現(xiàn)航空用鋁鎂合金板、石油和化工用金屬管道和特種設(shè)備用壓力容器金屬底板等導(dǎo)電或?qū)Т蓬惤Y(jié)構(gòu)的長距離和大范圍檢測。相對于傳統(tǒng)的壓電換能器而言，采用電磁超聲換能器作為低頻導(dǎo)波檢測時的換能裝置時，具有非接觸式、不需要耦合劑、重復(fù)性好和便于定量測量等優(yōu)點。但采用電磁超聲換能器進(jìn)行導(dǎo)波散射信號接收時，由于其能量轉(zhuǎn)換機(jī)理的限制，導(dǎo)致接收信號非常微弱，只有μν級，因此，電磁超聲導(dǎo)波接收信號特別容易淹沒在檢測儀器所產(chǎn)生的噪聲里。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)主要是針對電磁超聲測厚時的回波信號進(jìn)行接收放大及檢波獲取。該現(xiàn)有技術(shù)將電磁超聲換能器檢測到的信號經(jīng)高壓箝制電路限幅后，送入兩級差分放大器系統(tǒng)進(jìn)行信號的放大，放大后的信號通過跟隨器送入檢波器及相關(guān)濾波系統(tǒng)，通過檢波濾波來拾取檢測信號。由于在檢測時低頻電磁超聲導(dǎo)波傳播距離遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)超聲傳播距離，導(dǎo)致導(dǎo)波散射信號幅值更小，需要接收信號放大系統(tǒng)的放大倍數(shù)更大，這同時也要求該接收系統(tǒng)具有更高的信噪比。通過現(xiàn)有技術(shù)中接收放大器系統(tǒng)將接收到的信號進(jìn)行兩級放大，由于目前器件增益帶寬積的限制，難以實現(xiàn)低頻導(dǎo)波散射信號的有效放大。更重要的是，隨著接收系統(tǒng)放大倍數(shù)的增加，對于電磁超聲換能器感知的高壓射頻交叉感應(yīng)信號同時也會進(jìn)行放大，使得放大電路處于飽和狀態(tài)難以快速恢復(fù)，不能對后續(xù)電磁超聲導(dǎo)波接收信號進(jìn)行有效放大。
[0004]目前，尚無關(guān)于低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號放大系統(tǒng)的報道，而能用于超聲測厚儀器的放大電路難以滿足該低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號放大的要求。主要因為:低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號頻率遠(yuǎn)低于超聲接收信號頻率，這對于接收電路的設(shè)計提出了新的要求，目前尚無針對該頻段的電磁超聲導(dǎo)波接收信號放大系統(tǒng)的報道；由于超聲導(dǎo)波檢測距離遠(yuǎn)，電磁超聲導(dǎo)波接收信號應(yīng)比電磁超聲接收信號放大裝置的增益大很多，目前的兩級放大系統(tǒng)及跟隨器均采用差分方式來抑制傳感器引入的共模噪聲，對于需要更大放大倍數(shù)的低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號系統(tǒng)而言，這種方式會導(dǎo)致需要的放大器的數(shù)量增加一倍，從而會引入更多的隨機(jī)噪聲，使得微弱接收信號淹沒在器件引起的隨機(jī)噪聲中；現(xiàn)有的只用二極管限制輸入信號幅值的方式，不適用于電磁超聲導(dǎo)波接收信號放大裝置，主要因為經(jīng)多級電路放大后的被限幅的高壓射頻交叉感應(yīng)信號依然會對后續(xù)電路有較大沖擊，導(dǎo)致電路難以快速恢復(fù)以放大有用信號。
[0005]針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例提供了一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大方法和裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確檢測低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的技術(shù)問題。
[0007]根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大裝置，包括:多級放大電路，用于對檢測到的第一目標(biāo)信號進(jìn)行放大，其中，所述多級放大電路包括至少三級放大電路，且所述多級放大電路中每級放大電路依次串聯(lián)，放大之后的所述第一目標(biāo)信號用于檢測被測材料的損傷程度;多個鉗位電路，所述多級放大電路中每級放大電路均并聯(lián)一個鉗位電路，所述多個鉗位電路中每個鉗位電路用于對并聯(lián)的放大電路輸出的高壓信號進(jìn)行限幅。
[0008]進(jìn)一步地，所述裝置還包括:保護(hù)電路，所述保護(hù)電路的輸入端接收初始目標(biāo)信號，所述保護(hù)電路的輸出端與所述多級放大電路的輸入端相連接，用于限制所述初始目標(biāo)信號中初始高壓信號的幅值，輸出所述第一目標(biāo)信號。
[0009]進(jìn)一步地，所述保護(hù)電路包括:第一限幅電路，所述第一限幅電路的輸出端與變壓器的一次側(cè)相連接，用于限制所述初始目標(biāo)信號中的初始高壓信號的幅值至預(yù)設(shè)幅值，輸出限幅后的初始目標(biāo)信號;所述變壓器，用于將所述限幅后的初始目標(biāo)信號的幅值進(jìn)行放大，輸出放大之后的初始目標(biāo)信號;第二限幅電路，所述第二限幅電路的輸入端與所述變壓器的二次側(cè)相連接，用于將所述變壓器放大之后的初始目標(biāo)信號中初始高壓信號的幅值由當(dāng)前幅值限幅至所述預(yù)設(shè)幅值。
[0010]進(jìn)一步地，所述第一限幅電路和所述第二限幅電路均包括:第一二極管，所述第一二極管的陽極與所述變壓器的一次側(cè)的第一端相連接，所述第一二極管的陰極與所述變壓器的一次側(cè)的第二端相連接;第二二極管，所述第二二極管的陽極與所述第一二極管的陰極相連接，所述第二二極管的陰極與所述第一二極管的陽極相連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述多級放大電路包括第一級放大電路、第二級放大電路、第三級放大電路和第四級放大電路，并且所述第一級放大電路、所述第二級放大電路、所述第三級放大電路和所述第四級放大電路依次串聯(lián)，所述放大裝置還包括:第一隔直電路，所述第一隔直電路設(shè)置在第一間隔、第二間隔、第三間隔、第四間隔中的至少一個間隔，用于對所述多級放大電路中的直流信號進(jìn)行隔離，其中，所述第一間隔為所述保護(hù)電路和所述第一級放大電路之間的間隔，所述第二間隔為所述第一級放大電路和所述第二級放大電路之間的間隔，所述第三間隔為所述第二級放大電路和所述第三級放大電路之間的間隔，所述第四間隔為所述第三級放大電路和所述第四級放大電路之間的間隔；第二隔直電路，所述第二隔直電路的輸入端與所述第四級放大電路的輸出端相連接，用于對所述第四級放大電路的輸出信號中的直流信號進(jìn)行隔離。
[0012]進(jìn)一步地，所述多級放大電路中每級放大電路均包括:運算放大器，其中，所述運算放大器的輸出端為所述放大電路的輸出端;第一電阻，所述第一電阻的第一端與所述運算放大器的反向輸入端相連接，所述第一電阻的第二端接收所述第一目標(biāo)信號;第二電阻，所述第二電阻的第一端與所述運算放大器的反向輸入端相連接，所述第二電阻的第二端與第三電阻的第一端相連接;所述第三電阻，所述第三電阻的第一端與所述第二電阻的第二端相連接，所述第三電阻的第二端與所述運算放大器的輸出端相連接;電容，所述電容的第一端與所述運算放大器的反向輸入端相連接，所述電容的第二端與所述運算放大器的輸出端相連接;第四電阻，所述第四電阻的第一端與所述運算放大器的正向輸入端相連接，所述第四電阻的第二端接地。
[0013]進(jìn)一步地，所述多個鉗位電路中每個鉗位電路包括:第一三極管，所述第一三極管的集電極與所述運算放大器的輸出端相連接，所述第一三極管的基極與所述第二電阻的第二端相連接，所述第一三極管的發(fā)射極與所述運算放大器的反向輸入端相連接;第二三極管所述第二三極管的集電極與所述運算放大器的輸出端相連接，所述第二三極管的基極與所述第二電阻的第二端相連接，所述第二三極管的發(fā)射極與所述運算放大器的反向輸入端相連接。
[0014]根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方面，還提供了一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大方法，包括:接收第一目標(biāo)信號，其中，所述第一目標(biāo)信號用于檢測被測材料損傷程度;對所述第一目標(biāo)信號放大預(yù)設(shè)次數(shù)，并對高壓信號的幅值進(jìn)行限幅，其中，所述高壓信號為初始高壓信號每次放大后得到的信號，所述預(yù)設(shè)次數(shù)大于3。
[0015]進(jìn)一步地，對所述第一目標(biāo)信號放大預(yù)設(shè)次數(shù)包括:在對所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行第一次放大之后，對第一次放大之后的第一目標(biāo)信號進(jìn)行第二次放大，對第二次放大之后的第一目標(biāo)信號進(jìn)行第三次放大，對第三次放大之后的第一目標(biāo)信號進(jìn)行第四次放大;在對所述第一目標(biāo)信號放大的過程中，所述方法還包括:對以下至少一種信號中的直流信號進(jìn)行隔離:對放大之前的所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行隔離，對第一次放大之后的所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行隔離，對第二次放大之后的所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行隔離，對第三次放大之后的所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行隔離;對第四次放大之后的所述第一目標(biāo)信號進(jìn)行信號中的直流信號進(jìn)行隔離。
[0016]進(jìn)一步地，在接收第一目標(biāo)信號之前，所述方法還包括:接收初始目標(biāo)信號，其中，所述初始目標(biāo)信號包括所述第一目標(biāo)信號和所述初始高壓信號；降低所述初始目標(biāo)信號中的初始高壓信號的幅值至預(yù)設(shè)幅值，輸出限幅后的初始目標(biāo)信號;將所述限幅后的初始目標(biāo)信號的幅值進(jìn)行放大，輸出放大之后的初始目標(biāo)信號;將所述放大之后的初始目標(biāo)信號中的初始高壓信號的幅值由當(dāng)前幅值降低至所述預(yù)設(shè)幅值。
[0017]在本發(fā)明實施例中，采用多級放大電路，用于對檢測到的第一目標(biāo)信號進(jìn)行放大，其中，所述多級放大電路包括至少三級放大電路，且所述多級放大電路中每級放大電路依次串聯(lián)，所述第一目標(biāo)信號用于檢測被測材料的損傷程度;多個鉗位電路，所述多級放大電路中每級放大電路均并聯(lián)一個鉗位電路，所述多個鉗位電路中每個鉗位電路用于對并聯(lián)的放大電路輸出的高壓信號進(jìn)行限幅，通過多級放大電路對檢測到的目標(biāo)信號進(jìn)行多級放大，并通過設(shè)置在每級放大電路兩端的鉗位電路對目標(biāo)信號中的高壓信號進(jìn)行限幅，不僅能快速從高壓信號所產(chǎn)生的沖擊中恢復(fù)過來，而且還能將后續(xù)的微弱低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號進(jìn)行上百dB的線性放大，達(dá)到了對低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號進(jìn)行放大的目的，從而實現(xiàn)了準(zhǔn)確檢測低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的技術(shù)效果，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確檢測低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的技術(shù)問題。
【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大裝置的示意圖；
[0020]圖2是根據(jù)本發(fā)明可選實施例的一種低頻電磁超聲導(dǎo)波接收信號的放大裝置的示意圖；