一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于无损检测技术领域，具体涉及一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路。
【背景技术】
[0002]铁路在我国承担着人员交通运输和货物运输的重要任务，是人们出行选择的重要交通工具之一。随着高速铁路的迅速发展，无缝线路得到了广泛地应用，对钢轨断裂状态检测的实时性、检测效率等提出了新要求。采用超声导波对长轨进行断裂检测，超声波传感器的驱动电路是重要的组成部分，其对检测系统的检测准确性、可靠性及检测效率都有着直接的影响。现有超声波传感器的驱动电路结构复杂且需要较高的直流电压供电，所驱动的传感器发射效率低，激励传感器产生的波形不好等，导致接收端信号幅值较小且波形特征不易识别，进而直接影响所检测区间钢轨损伤的判断。若钢轨存在损伤没有及时检测出来，将对列车的行车安全构成重大的安全隐患，就很有可能造成列车的脱轨以及倾覆等重大的安全事故，进而造成人员伤亡和巨大的财产损失。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供了一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，解决了现有技术中超声波传感器驱动电路结构复杂的问题。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是，一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，包括CPLD，CPLD产生具有一定死区时间的方波信号PWM_A和方波信号PWM_B，方波信号PWM_A和方波信号PWM_B经MOS驱动电路进行功率放大后产生功率放大后的方波信号PWM_A1和功率放大后的方波信号PWM_B 功率放大后的方波信号PfflLA1W在功率MOS管Q:的栅极，功率放大后的方波信号PWM_B^在功率MOS管Q 2的栅极；
[0005]功率MOS管漏极上依次连接电阻R 电源VCC，功率MOS管Q i的源极和功率MOS管Q2的漏极与脉冲变压器T i的一次侧线圈的一端相连，脉冲变压器T ^勺一次侧线圈的另一端和功率MOS管Q2的源极均与数字地GND相连接；脉冲变压器T:的二次侧线圈与LC谐振电路连接，LC谐振电路的一端依次连接有匹配电路和超声波传感器，超声波传感器还与LC谐振电路的另一端连接，LC谐振电路和超声波传感器与模拟地AGND连接。
[0006]本实用新型的特点还在于，
[0007]匹配电路为电感L2。
[0008]LC谐振电路包括电感L1，电感1^与电阻R 2串联后在与电容C i并联，串联后的电感L1与电阻R2与脉冲变压器T:的二次侧线圈并联，电容C:的一端与电感L2连接，电容C:的另一端与超声波传感器连接，电容C1的另一端与模拟地AGND连接。
[0009]本实用新型的有益效果是:一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，该驱动电路结构简单，能避免使用高的直流电压，只需采用低的直流电压VCC经脉冲变压器Tl升压转换后，通过LC谐振电路的处理以及匹配电路对超声波传感器进行匹配后，就能够高效地驱动用于长轨检测的超声波传感器，有效提高超声波传感器发射效率，且驱动超声波产生波形良好的超声波信号，有利于超声导波检测时接收端信号的有效识别与判断。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路的结构示意图。
[0011]图中，1.0?0)，2.方波信号？￥1_4，3.方波信号？￥1_8，4.103驱动电路，5.电源VCC, 6.功率放大后的方波信号PfflLA1, 7.功率放大后的方波信号PfflLBpS.电阻R1,9.数字地GND，10.功率MOS管Q2,11.功率MOS管Q1,12.脉冲变压器T1,13.电阻R2,14.电感L1,15.模拟地AGND，16.电容C1,17.电感L2,18.超声波传感器。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0013]本实用新型提供了一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，如图1所示，包括CPLD1，CPLDl产生具有一定死区时间的方波信号PWM_A2和方波信号PWM_B3，方波信号PWM_A2和方波信号PWM_B3经MOS驱动电路4进行功率放大后产生功率放大后的方波信号PffM.A^和功率放大后的方波信号PfflLBJ，功率放大后的方波信号PfflLA#加在功率MOS管Q1Il的栅极，功率放大后的方波信号PWILBJ加在功率MOS管Q21的栅极；
[0014]功率MOS管Q1Il的漏极上依次连接电阻Rf和电源VCC 5，功率MOS管Q1Il的源极和功率MOS管Q21的漏极与脉冲变压器T112的一次侧线圈的一端相连，脉冲变压器T112的一次侧线圈的另一端和功率MOS管Q21的源极均与数字地GND9相连接；脉冲变压器?\12的二次侧线圈与LC谐振电路连接，LC谐振电路的一端依次连接有匹配电路和超声波传感器18，超声波传感器18还与LC谐振电路的另一端连接，LC谐振电路和超声波传感器18与模拟地AGND15连接。
[0015]匹配电路为电感1^17。
[0016]LC谐振电路包括电感L114，电感L114与电阻R213串联后再与电容C116并联，串联后的电感L1H与电阻R213与脉冲变压器?\12的二次侧线圈并联，电容Q16的一端与电感L217连接，电容Q16的另一端与超声波传感器18连接，电容Q16的另一端与模拟地AGND15连接。
[0017]本实用新型一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路的工作原理是:由CPLDl控制产生两路具有一定死区时间的方波信号PWM_A2和PWM_B3，经MOS驱动电路4进行功率放大后，产生功率放大后的方波信号PfflLA#和功率放大后的方波信号PfflLBJ，功率放大后的方波信号PWILA#加在功率MOS管Q1Il的栅极，功率放大后的方波信号PfflLBJ加在功率MOS管Q21的栅极，进而控制功率MOS管Q1Il和功率MOS管Q21的开通与关断，其中，电源VCC5为功率MOS管Q1Il和功率MOS管Q21提供电源，电阻Rf为功率MOS管Q1Il的源极限流电阻，防止电流过大损坏功率MOS管Q1Il ;当功率MOS管Q1Il开通及功率MOS管Q21关断时，电流通过电阻札8，流经功率MOS管Q1Il到脉冲变压器?\12的一次侧线圈，能量耦合至脉冲变压器?\12 二次侧线圈；当功率MOS管Q1Il关断及功率MOS管Q21开通时，脉冲变压器?\12的一次侧线圈产生反向电流，能量耦合至脉冲变压器?\12 二次侧线圈；由脉冲变压器?\12的二次侧线圈产生高压方波脉冲信号，经电感L1H和电阻R213及电容C1Ie组成的LC谐振电路处理后产生单一频率的高压正弦脉冲信号，电感L217对超声波传感器18进行匹配，消除其容抗变为纯阻抗负载，从而由产生的高压正弦脉冲信号高效地激励超声波传感器18产生波形良好的超声波信号。
[0018]一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，该驱动电路结构简单，能避免使用高的直流电压，只需采用低的直流电压VCC经脉冲变压器Tl升压转换后，通过LC谐振电路的处理以及匹配电路对超声波传感器进行匹配后，就能够高效地驱动用于长轨检测的超声波传感器，有效提高超声波传感器发射效率，且驱动超声波产生波形良好的超声波信号，有利于超声导波检测时接收端信号的有效识别与判断。
【主权项】
1.一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，其特征在于:包括CPLD(I)，CPLD(I)产生具有一定死区时间的方波信号PWM_A(2)和方波信号PWM_B(3)，方波信号PWM_A(2)和方波信号PWM_B(3)经MOS驱动电路(4)进行功率放大后产生功率放大后的方波信号PWM_A1 (6)和功率放大后的方波信号PfflLB1 (7)，功率放大后的方波信号PfflLA1 (6)加在功率MOS管Q1 (11)的栅极，功率放大后的方波信号PWlLB1 (7)加在功率MOS管Q2 (10)的栅极； 功率皿^管仏⑴)的漏极上依次连接电阻R1 (8)和电源VCC (5)，功率MOS管Q1 (I I)的源极和功率MOS管Q2(10)的漏极与脉冲变压器T1 (12)的一次侧线圈的一端相连，脉冲变压器1\(12)的一次侧线圈的另一端和功率MOS管Q2(1)的源极均与数字地GND (9)相连接；脉冲变压器T1 (12)的二次侧线圈与LC谐振电路连接，LC谐振电路的一端依次连接有匹配电路和超声波传感器(18)，超声波传感器(18)还与LC谐振电路的另一端连接，LC谐振电路和超声波传感器(18)与模拟地AGND (15)连接。2.根据权利要求1所述的一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，其特征在于:所述匹配电路为电感L2(17)。3.根据权利要求2所述的一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，其特征在于:所述LC谐振电路包括电感L1 (14)，电感L1 (14)与电阻R2 (13)串联后再与电容C1 (16)并联，串联后的电感L1(H)与电阻R2(13)与脉冲变压器!\(12)的二次侧线圈并联，电容C1 (16)的一端与电感L2 (17)连接，电容C1 (16)的另一端与超声波传感器(18)连接，电容C1 (16)的另一端与模拟地AGND (15)连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，包括CPLD1，CPLD1产生具有一定死区时间的方波信号PWM_A2和方波信号PWM_B3，经MOS驱动电路4进行功率放大，放大后的方波信号PWM_A16加在功率MOS管Q111，放大后的方波信号PWM_B17加在功率MOS管Q210；功率MOS管Q111上连接电阻R18，功率MOS管Q111和功率MOS管Q210与脉冲变压器T112的一次侧线圈相连，脉冲变压器T112的二次侧线圈与LC谐振电路连接。一种用于长轨检测的超声波传感器驱动电路，该驱动电路结构简单，有效提高超声波传感器发射效率。
【IPC分类】G01N29/22
【公开号】CN204789476
【申请号】CN201520438206
【发明人】杨媛, 魏小源, 赵恺
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年6月24日