一种门控式电磁超声导波功率放大装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是关于电磁超声导波无损检测技术，具体地，是关于一种门控式电磁超声导波功率放大装置。
【背景技术】
[0002]金属板、杆和管等结构广泛应用于航空航天、船舶、石油化工和特种设备等行业，在使用过程中，这些结构常会受到应力、冲击、热疲劳等因素的影响，容易产生腐蚀、裂纹和穿孔等损伤。因此，对这些结构的定期无损检测对于维护它们的安全运行具有重要意义。电磁超声导波检测技术既克服了传统的压电超声检测需要耦合剂的缺点，同时又便于实现结构的长距离、大范围和全结构检测，是实现导体类波导结构定期无损检测的有效方法。为实现电磁超声导波检测，需要检测装置能输出时域和频带均较窄的激励信号，且其输出信号的功率应能达到千瓦以上。
[0003]现有能输出时域和频带均较窄的激励信号的超声检测装置，大都是采用连续功放的原理实现的。这类超声检测装置中的功率放大模块可用于放大一定频率范围内的时域和带宽均较窄的信号以驱动压电换能器产生超声导波，但其输出信号的功率较小，难以激励电磁超声换能器产生超声导波。且由于上述装置中功率放大模块为连续工作方式，使得功率放大模块一直处于耗能状态，对于只需要较高激励电压即可有效驱动的压电换能器而言，由于压电换能器对激励信号的输出功率要求不高，采用连续工作方式实现的功率放大模块的功耗和发热量都不大。但由于电磁超声换能器需要的激励信号的功率很大，如采用连续工作方式实现的功率放大模块，会导致仪器系统的功耗和发热量都较大。因此，在功率放大装置输出瞬态功率不降低的情况下，如何有效减小其体积和功耗，对于电磁超声导波检测技术的现场便携式应用及构建电磁超声导波阵列检测系统都具有重大的意义，也是目前该领域的研究难点。
【实用新型内容】
[0004]为克服上述现有技术的不足，本实用新型实施例的目的是提供一种小体积、低功耗、且能放大时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号至足以驱动电磁超声换能器产生超声导波的门控式电磁超声导波功率放大装置。
[0005]为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种门控式电磁超声导波功率放大装置，所述的门控式电磁超声导波功率放大装置包括:第一直流电源、第二直流电源、门控开关电路、门控信号源、任意波形发生器、单端-差分转换电路、I号门控与交流信号合成电路、2号门控与交流信号合成电路、I号第一级驱动电路、2号第一级驱动电路、I号第二级驱动电路、2号第二级驱动电路、I号功率放大电路、2号功率放大电路、差分-单端转换电路、隔离电路及电磁超声换能器，其中，所述门控信号源向所述门控开关电路输出TTL控制信号，控制所述门控开关电路导通；在所述门控开关电路导通时间内，所述第一直流电源经所述门控开关电路分别为所述的I号门控与交流信号合成电路及2号门控与交流信号合成电路提供直流电压，形成具有导通时间宽度的门控控制信号；所述任意波形发生器向所述单端-差分转换电路发送时域较短且频率窄带的小功率脉冲信号；所述单端-差分转换电路将所述脉冲信号转换为幅值相等、相差180°的同向脉冲信号及反向脉冲信号，并将所述同向脉冲信号传送至所述的I号门控与交流信号合成电路，将所述反向脉冲信号传送至所述的2号门控与交流信号合成电路；所述I号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述同向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的同向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号传送至所述的I号第一级驱动电路；所述2号门控与交流信号合成电路将所述门控控制信号与所述反向脉冲信号叠加生成具有门控直流偏置的反向交流输入信号，并将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号传送至所述的2号第一级驱动电路；所述I号第一级驱动电路、I号第二级驱动电路及I号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的同向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的同向交流信号，并将所述放大后的同向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的一个差分输入端；所述2号第一级驱动电路、2号第二级驱动电路及2号功率放大电路在导通时间内将所述具有门控直流偏置的反向交流输入信号中的交流信号进行逐级放大，生成放大后的反向交流信号，并将所述放大后的反向交流信号传送至所述差分-单端转换电路的另一个差分输入端；所述差分-单端转换电路将所述放大后的同向交流信号及放大后的反向交流信号进行合成，生成与所述脉冲信号同向的功率放大后的脉冲信号，并将所述功率放大后的脉冲信号传送至所述的隔离电路；所述隔离电路连接于所述的差分-单端转换电路与电磁超声换能器之间，以隔离所述功率放大后的脉冲信号中的噪声对所述电磁超声换能器的影响，并向所述电磁超声换能器传送隔离噪声后的激励信号。
[0006]在一实施例中，上述的门控开关电路包括:P沟道场效应管Ml、NPN型双极性晶体管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，其中，所述第二电阻R2的第I端作为所述TTL控制信号的输入端，第二电阻R2的第2端同时连接所述NPN型双极性晶体管Ql的基极及第三电阻R3的第I端，所述第三电阻R3的第2端接地；所述NPN型双极性晶体管Ql的发射极接地，集电极同时连接所述P沟道场效应管Ml的栅极及第一电阻Rl的第2端；所述P沟道场效应管Ml的源极与第一电阻Rl的第I端同时接至所述第一直流电源的输出端，所述P沟道场效应管(Ml)的漏极作为所述门控开关电路的输出端。
[0007]在一实施例中，上述的单端-差分转换电路主要由传输线变压器TXl构成，所述传输线变压器TXI包括:同向输入端、反向输入端、同向输出端及反向输出端，其中，所述同向输入端与所述任意波形发生器连接，所述反向输入端接地，所述同向输出端与所述的I号门控与交流信号合成电路连接，所述反向输出端与所述2号门控与交流信号合成电路连接。
[0008]在一实施例中，上述的I号门控与交流信号合成电路包括:第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容Cl、第二电容C2、第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6，其中，所述门控开关电路的输出端经正向导通的所述的第一二极管D1、第二二极管D2后同时与所述第四电阻R4的第I端及第一电容Cl的第I端连接，所述第一电容Cl的第2端接地；所述第四电阻R4的第2端同时接所述第二电容C2的第I端和第五电阻R5的第I端，所述第二电容C2的第2端作为所述同向脉冲信号的输入端口，所述第五电阻R5的第2端接所述第六电阻R6的第I端，此连接点作为I号门控与交流信号合成电路的输出端口，第六电阻R6的第2端接地。
[0009]在一实施例中，上述的I号第一级驱动电路包括:N沟道场效应管M2、第七电阻R7及第八电阻R8，其中，所述N沟道场效应管M2的栅极作为I号第一级驱动电路的输入端口，直接连接I号门控与交流信号合成电路的输出端口 ；所述第七电阻R7串接于所述N沟道场效应管M2的漏极及第一直流电源之间；所述N沟道场效应管M2的源极通过所述第八电阻R8串联至地。
[0010]在一实施例中，上述的I号第二级驱动电路包括:第一 N沟道功率场效应管M4、第二N沟道功率场效应管M5，第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18及第十九电阻R19，其中，所述N沟道场效应管M2的源极分别经所述第十四电阻R14及第十五电阻R15串联至所述第一 N沟道功率场效应管M4及第二 N沟道功率场效应管M5的栅极；所述第十六电阻R16串接在所述第一 N沟道功率场效应管M4的漏极与所述第一直流电源之间；所述第十七电阻R17串接在所述第二 N沟道功率场效应管M5的漏极与所述第一直流电源之间；所述第十八电阻R18串接在所述第一 N沟道功率场效应管M4的源极与地之间；所述第十九电阻R19串接在所述第二 N沟道功率场效应管M5的源极与地之间。
[0011]在一实施例中，上述的I号功率放大电路包括:第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管MlO、第八N沟道功率场效应管Ml 1、第九N沟道功率场效应管M12、第十N沟道功率场效应管M13、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三^^一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第五十二电阻R52、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第五十五电阻R55、第五十六电阻R56、第五十七电阻R57、第五电容C5、第六电容C6、第九电容C9、第十电容C10、第^^一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第一电解电容CPl及第一电感LI，其中，所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管M10、第八N沟道功率场效应管Ml 1、第九N沟道功率场效应管M12及第十N沟道功率场效应管M13的漏极并联后作为所述I号功率放大电路的输出端口，并接至所述第三十八电阻R38的第I端，所述第三十八电阻38的第2端同时接所述第五电容C5的第I端和第一电感LI的第I端，所述第一电感LI的第2端与第六电容C6的第I端、第一电解电容CPl的正端同时接至所述的第二直流电源，所述第五电容C5的第2端、第六电容C6的第2端及第一电解电容CPl的负端同时接地；所述第一 N沟道功率场效应管M4的源极分别经所述第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28串接至所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管MlO的栅极；所述第二 N沟道功率场效应管M5的源极分别经所述第二十九电阻R29、第三十电阻R30、第三^^一电阻R31串接至所述第八N沟道功率场效应管Ml 1、第九N沟道功率场效应管M12、第十N沟道功率场效应管M13的栅极；第九电容C9和第五十二电阻R52串联后接在所述第五N沟道功率场效应管M8的漏极和栅极之间；第十电容ClO和第五十三电阻R53串联后接在所述第六N沟道功率场效应管M9的漏极和栅极之间；第十一电容Cll和第五十四电阻R54串联后接在所述第七N沟道功率场效应管MlO的漏极和栅极之间；第十二电容C12和第五十五电阻R55串联后接在所述第八N沟道功率场效应管Mll的漏极和栅极之间；第十三电容C13和第五十六电阻R56串联后接在所述第九N沟道功率场效应管M12的漏极和栅极之间；第十四电容C14和第五十七电阻R57串联后接在所述第十N沟道功率场效应管M13的漏极和栅极之间；所述第五N沟道功率场效应管M8、第六N沟道功率场效应管M9、第七N沟道功率场效应管MlO、第八N沟道功率场效应管Ml 1、第九N沟道功率场效应管M12及第十N沟道功率场效应管M13的源极分别经所述第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37串联至地。
[0012]在一实施例中，上述的2号门控与交流信号合成电路包括:第三二极管D3、第四二极管D4、第三电容C3、第四电容C4、第九电阻R9、第十电阻RlO及第^^一电阻RlI，其中，所述门控开关电路的输出端经正向导通的所述的第三二极管D3、第四二极管D4后同时与所述第九电阻R9的第I端及第三电容C3的第I端连接，所述第三电容C3的第2端接地；所述第九电阻R9的第2端同时接第四电容C4的第I端和第十电阻RlO的第I端，所述第四电容C4的第2端作为所述反向脉冲信号的输入端口，所述第十电阻RlO的第2端接所述第十一电阻Rll的第I端，此连接点作为2号门控与交流信号合成电路的输出端口，所述第i^一电阻Rll的第2端接地。
[0013]在一实施例中，上述的2号第一级驱动电路包括:N沟道场效应管M3