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1、电子测量技术第32卷第4期研究与设计ELECTRONICMEASUREMENTTECHNOLOGY2009年4月一种高频超声波换能器驱动电路的设计涂晓凯吴彦李国锋李枝俊(大连理工大学电气系大连116024)摘要:本文设计了一种高频超声波驱动电路,此超声波换能器驱动电路的发射频率高达1MHz,而目前包括集成电路发射模块和分立元件组成的驱动电路发射频率多为40kHz。本电路主要用于对精度要求极高,如基于超声波的精确测量、美容器等领域。此电路为超声波应用于更多的领域提供了必要的准备。关键词:超声波;驱动电路;脉冲波形;换能器;高频中图分类号:TN710文献标识码:ADesignofahighf
2、requencydrivingcircuitofultrasonicwavetransducerTuXiaokaiWuYanLiGuofengLiZhijun(Departmentofelectricalandelectronicsengineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024)Abstract:Thispaperpresentsanultrasonicdrivingcircuitwithhighfrequency.Thefrequencyofthisultrasonictransducerdrivingcircuitisupt
3、o1MHz.Thepresentdrivingcircuitbasedintegratecircuittransmittermoduleanddiscretecomponentcircuitalmosthasafrequencyof40kHz.Suchacircuitappliedtohighqualitymeasuringrequirementfieldssuchasaccuracymeasure,beautyinstrumentwhichisbasedonultrasonicwave,anditisapreparationforotherultrasonicfields.Keywor
4、ds:ultrasonicwave;drivingcircuit;pulsewave;transducer;highfrequency常用的超声测量系统的方法是回声探测法。其工作原理0引言是:经由驱动电路作用于换能器的发射头,使换能器发射超声波测量系统价格低廉,其性能几乎不受光线、粉超声波脉冲,此声波发射出去后被超声波接收换能器所接[1]尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响,而且使用方便,因收。若已知介质中的声速为c,换能器的接收头接收的[4]此用途十分广泛。它可用于测距、测深、探伤、探测鱼群、波的时刻与发射脉冲时刻的时间差为t,那么即可由公式[8]医疗检测、超声洗涤等领域。目前市场上大都
5、是频率为s=ct计算换能器与目标之间的距离,如图1所示。考虑40kHz的驱动接收电路,很少有驱动频率达到1MHz的,到实际应用的需要,可根据条件要求选取收发一体或收发[6]但对精度要求极高的如超声测液体浓度和美容器等领分体的换能器。域,目前还很少有相应的高频率的换能器驱动电路。驱动电路是整个超声测量系统的基础,只有驱动电路自身的频率达到很高时才能驱动固有频率也很高的换能器,使换能器产生共振,从而发出高频的超声波,以满足实图1基本原理示意图际测量的需要。1超声测量的基本原理2驱动电路的设计谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。超声波驱动电路的作用是要产生出一个具有一定功率,一定为直线传
6、播方式,频率越高,绕射能力越弱,但反射能力越脉冲宽度和一定频率的规则电脉冲去激励发射换能器,由强。利用超声波的这种特性就可制成超声传感器,或称为[5]换能器转换为超声波向外发射。超声波驱动电路和换超声换能器,它是一种既可以把电能转化为声能,又可以能器探头构成超声发生器。把声能转化为电能的器件或装置。换能器在电脉冲激励2.1现有的驱动电路下可将电能转化为机械能,向外发送超声波;反之,当换能现有的驱动电路有采用装用集成电路NYKD来驱动器处于接收状态时,它可将声能(机械能)转化为电能。最发射换能器(40T),如图2所示;利用555时基集成电路来·23·©1994-2010ChinaAcade
7、micJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第32卷电子测量技术构成的驱动电路,只要很少的附加元件,W1将频率调节到换能器的谐振频率上,占空比约为50%,如图3所示;由分[7]立元件组成的驱动电路,现在也常用,因其价格便宜,元件普通,调试也方便,如图4、图5所示。但此电路的一个缺点是频率全是40kHz,对特有的领域不能满足要求。图6
