窄脉冲超声波高压发射电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无损检测电路，具体地说，涉及一种窄脉冲超声波高压发射电路，属于电子技术领域。
【背景技术】
[0002]超声波测厚仪一般采用2MHz-10MHz的压电晶体换能器作为传感器，基于压电晶体逆压电效应发射超声波或基于压电晶体的压电效应将超声波信号转换为电信号。由于高频超声波在工件内的衰减很快，因此要想测量较厚的工件需要较高的发射电压才行。对于大部分工件，超声波会在工件内部进行多次反射，如果超声波的余振时间过长的话，相邻两次反射的回波会产生叠加，造成厚度误判。因此要想提高厚度的分辨率，需要减少余振。减少余振的方法一是超声波探头(换能器)的阻抗匹配和背衬吸收做的足够好，二是高压脉冲的上升时间变短，脉冲宽度变窄。
[0003]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下不足:传统超声波发射电路的_3dB上升时间大约为50nS，实践证明这种脉冲波仅能满足对空间分辨率不太高的脉冲回波技术测厚，而对于薄件测量和基于多回波技术的穿越涂层测厚，这种脉冲波是无能为力的。
[0004]另外传统的超声波高压产生电路是在多谐振荡器的驱动下一直工作，不断充电，超声波高压产生电路采用电感式升压，不可避免地带来电磁干扰，这样造成的问题是在产生高压的过程中会产生电源的不平稳，对回波信号的接收和放大都会造成干扰，不利于回波信号的检出，导致分辨率比较低。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种窄脉冲超声波高压发射电路，克服了现有超声波发射电路的缺陷，采用本高压发射电路后，具有检测分辨率高的优点。
[0006]本实用新型的另一目的是提供一种脉冲宽度可达5nS的高压发射电路。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是:窄脉冲超声波高压发射电路，其特征在于:包括高压电容C23、高压充电电路、控制电路和阻抗匹配电路；
[0008]所述高压充电电路、控制电路的输出端分别与高压电容C23的一端连接；阻抗匹配电路的输入端与高压电容C23的另一端连接。
[0009]一种优化方案，所述高压充电电路用于对高压电容C23进行间歇式充电，在高压电容C23上产生高电压；
[0010]所述控制电路用于控制高压电容C23快速释放产生的高电压；
[0011 ] 阻抗匹配电路用于将高压电容C23释放的高电压耦合至超声波探头。
[0012]进一步地，所述高压充电电路包括二极管V1、电感LI和N型场效应管VQl ；
[0013]所述场效应管VQl的D端接电感LI的一端、二极管Vl的正极，二极管Vl负极接高压电容C23的一端，场效应管VQl的S端接信号地，电感LI的另一端接电源。
[0014]进一步地，所述高压充电电路还包括并联的电容C22、二极管V4和缓冲器芯片NI ；
[0015]所述二极管V4的正极接场效应管VQl的G端；二极管V4的负极接缓冲器芯片NI的输出端；缓冲器芯片NI的输入端用于耦接充电脉冲信号。
[0016]进一步地，所述高压充电电路还包括二极管V3、电阻R26 ；
[0017]所述二极管V3的负极接二极管Vl的正极；二极管V3的正极接信号地；
[0018]所述阻R26连接在N型场效应管VQl的G端与信号地之间。
[0019]进一步地，所述控制电路包括三极管VQ2、场效应管VQ3、三极管VQ4 ；
[0020]所述场效应管VQ3的D端接高压电容C23的一端，场效应管VQ3的G端接三极管VQ2的集电极，三极管VQ2的基极接三极管VQ4的集电极，场效应管VQ3的S端接信号地。
[0021]进一步地，所述控制电路还包括齐纳二极管VZ1、齐纳二极管VZ2和缓冲器芯片N2 ；
[0022]所述齐纳二极管VZl的正极接高压电容C23的一端，齐纳二极管VZl的负极接三极管VQ2的发射极、齐纳二极管VZ2的正极；
[0023]所述三极管VQ2的基极耦接齐纳二极管VZl的负极，齐纳二极管VZ2的负极耦接信号地，缓冲器芯片N2的输出端耦接三极管VQ4的基极，缓冲器芯片N2的输入端用于耦接发射脉冲信号EMIT。
[0024]进一步地，所述控制电路还包括电容C21、电阻R24 ；
[0025]所述电阻R24耦接在三极管VQ2的集电极与信号地之间。
[0026]进一步地，所述阻抗匹配电路包括二极管V2、电感L2 ；
[0027]所述二极管V2的负极接高压电容C23的另一端，二极管V2的正极经电感L2耦接超声波探头PO。
[0028]进一步地，所述阻抗匹配电路还包括电阻R25、电阻R27 ；
[0029]所述电阻R25耦接在二极管V2的负极与信号地之间；电阻R27耦接在超声波探头PO与信号地之间。
[0030]本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有以下优点:
[0031]1、开关速度加快，使得发射脉冲变窄，脉冲宽度可以达到5nS，这种脉冲宽度可以用于薄件测量和穿越涂层厚度测量。
[0032]2、将连续充电产生高压的模式变为间歇性充电，减少高压产生电路的噪声对回波检测的干扰；同时，间歇性充电也会降低发射电路的功耗。
[0033]3、在充电并发射高压之后的间期进行回波检测，避免了两次回波混叠，检测下限降低，提高了检测分辨率。
[0034]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
【附图说明】
[0035]附图1是本实用新型实施例中高压发射电路的原理框图。
【具体实施方式】
[0036]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】。
[0037]如图1所示，窄脉冲超声波高压发射电路，包括高压充电电路、控制电路、阻抗匹配电路和高压电容C23 ；
[0038]高压充电电路，在充电脉冲信号的控制下对高压电容C23进行间歇式充电，高压电容C23的一端产生150V左右的高电压；
[0039]控制电路，在发射脉冲信号的控制下，将高压电容C23 —端的高电压由150V拉到0V,高压电容C23另一端的电压则会由OV变为负值高电压-150V ；
[0040]阻抗匹配电路，与超声波探头耦合，将高压电容C23—端的负值高电压-150V耦合到超声波探头上。
[0041]高压充电电路包括缓冲器芯片N1、电容C22、二极管V1、二极管V3、二极管V4、电阻R26、电感LI和N型场效应管VQl，缓冲器芯片NI的2脚接充电脉冲信号HV_CHARGE，缓冲器芯片NI的4脚接电容C22的一端、二极管V4的负极，电容C22的另一端、二极管V4的正极接电阻R26的一端、场效应管VQl的G端，电阻R26的另一端接信号地，场效应管VQl的S端接信号地，场效应管VQl的D端接电感LI的一端、二极管Vl的正极、二极管V3的负极，二极管V3的正极接信号地，电感LI的另一端接电源，二极管Vl的负极接高压电容C23的一端、控制电路，高压电容C23的另一端接阻抗匹配电路。电容C22与二极管V4并联，避免场效应管VQl长时间处于导通状态(栅极的高电平只能暂态维持)，只有在充电脉冲信号的上升沿VQl才能导通，在HV_CHARGE处于稳定的高电平或低电平期间都不能使VQl导通，HV_CHARGE只在需要检测厚度之前才产生一簇高低电平矩形波，其他时间处于低电平状态，充电电路不工作。
[0042]控制电路包括电容C21、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、齐纳二极管VZl、齐纳二极管VZ2、场效应管VQ3、三极管VQ2、三极管VQ4，和缓冲器芯片N2，齐纳二极管VZl的正极、场效应管VQ3的D端接高压电容C23的一端，场效应管VQ3的S端接信号地，场效应管VQ3的G端接三极管VQ2的集电极、电阻R24的一端，电阻R24的另一端接信号地，三极管VQ2的发射极接齐纳二极管VZl的负极、电阻R21的一端、齐纳二极管VZ2的正极、电容C21的一端，