专利名称：采用并行的前置放大器的超声波换能器以及超声波通用换能器的制作方法
技术领域：
采用并行的前置放大器的超声波换能器以及超声波通用换
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目匕益所属技术领本实用新型涉及超声波检测采用的超声波径向换能器。
背景技术：
随着计算机技术的飞跃发展，超声检测信号的数字化处理、分析与显示，为超声检测技术的应用与拓展提供了更大的空间，如超声波的全自动循环测试技术、超声波计算机层析扫描技术、超声全息检测技术等在桥梁工程、建筑、港工、大坝、地质探测等工程检测领域有了新的发展，其对超声波换能器的性能也有了新的要求，超声波换能器收发共用是基本要求之一，而以往采用的超声波换能器，基本为单一发射、单一接收或不带前置放大器的收发共用三种形式，采用不带前置放大器的收发共用的超声波换能器时，信噪比大，透测能力较差，也因此客观造成换能器的尺度太大，难于实现快速高效、准确、精细的要求。同时采用不带前置放大器收的超声波检测方式，由于透测能力差也常出现盲测误判的现象，不能满足国家有关技术规范关于“宜选用带前置放大器的接收换能器”的推荐性要求。另一方面超声波数字化检测仪的研发呈现百家争鸣、百花齐放的状态，不但各厂家产品的工作模式不同，主机采用的连接插座更是千变万化，这使超声波换能器具有了专用的特性，许多检测机构常同时拥有新旧不同、型号不同的多台检测仪，必须同时配置相应型号的超声波换能器，使超声波换能器的采购、使用、管理和携带十分不便，造成浪费。
发明内容本实用新型的目的，是希 望在既有的超声波换能器的基础上，研制一种带前置放大器的且具有收发共用的全双工工作模式的超声波换能器，以达到下列目的1.满足国家有关技术规范关于“宜选用带前置放大器的接收换能器”的推荐性要求，符合行业发展的导向；2.提高了检测信号的信噪比，使检测质量和检测效率提高；3.增强对严重缺陷透测判定的能力，避免盲测误判，使检测评定结果更科学真实，能检测较大直径的桩基；4.能同时适用于更多类型的超声波检测仪器使用，研制一种通用的超声波换能器。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是—种采用并行的前置放大器的超声波换能器，包含压电晶体传感器、换能器外壳、导线和连接插头，其特征在于在压电晶体传感器和导线之间增加了具有输入保护功能的前置放大器的内装电路，内装电路的输入端与压电晶体传感器的输入输出端连接并构成F/Vo与Vout并行的输入输出电路，内装电路由电阻Rp、Rf、RF，二极管Vpl、Vp2和集成放大器Al构成，电阻Rp的一端连接压电晶体传感器的输入输出端并为内装电路的F/Vo输入输出口，二极管Vpl和Vp2反向并联后同时连接到电阻Rp的另一端和放大器Al的IN A+输入端，电阻Rf和RF的一端同时连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端并为内装电路的Vout输出口，二极管Vpl、Vp2及电阻Rf的另一端均接地。[0008]本实用新型的特征在于内装电路由电阻Rf、RF、R2、R3，二极管Vf1、Vf2，电容Cf、C2和集成放大器Al构成，电阻Rf的一端连接压电晶体传感器的输入输出端并为内装电路的F/Vo输入输出口，二极管Vfl和Vf2反向并联后同时连接到电阻Rf的另一端和电容Cf的一端，电容Cf的另一端和电阻RF的一端连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端并为内装电路的Vout输出口，电阻R2和电阻R3及电容C2的一端同时连接到放大器AlIN A+输入端，电阻R2的另一端接电源V+，二极管Vfl、Vf2，电阻R3及电容C2的另一端均接地。本实用新型的特征在于内装电路的电阻Rp改为电容C3，在内装电路的输入端处增加一个接地电阻R1，电阻Rl起到释放压电晶体高压激发电压的电流的作用。内装电路在压电晶体传感器的输入输出端处串接一只二极管VI，二极管Vl的阴极作为发射电压F的输入端，F与Vout构成并行输入输出电路，串接二极管Vl后释放压电晶体高压激发电压的电流由电阻Rf或Rp 二极管Vfl和Vf2或Vpl和Vp2进行。本实用新型的特征在于连接导线采用多芯屏蔽线，从内装电路中连接不同的接口至连接插头(连接插头与超声波主机的发射、或接收、或收发共用的插座的型号对应)，可构成具有不同功能的专用的超声波换能器1.从内装电路中连接F/Vo、Vout、地线、V+或以及V-至连接插头，F/Vo作为发射电压和接收信号的共用输入输出端，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的收发共用的超声波换能器，利用其中的F/Vo和地线兼具收发共用的功能。2.从内装电路中连接F、Vout、地线、V+或以及V-至连接插头，F作为发射电压的输入端、Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的收发共用的超声波换能器。3.从内装电路中连接Vout、地线、V+或以及V-至连接插头，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的超声波换能器。4.从内装电路中连接F/Vo、地线至连接插头，F/Vo作为发射电压和接收信号的共用输入输出端，构成收发共用的超声波换能器。5.从内装电路中连接F、地线至连接插头，F作为发射电压输入端，构成超声波发射换能器。一种超声波通用换能器，其特征在于具有上述采用并行的前置放大器的超声波换能器，所述连接插头改为连接器I，再由专用短接线连接到不同型号超声波主机的发射、或接收、或收发共用的主机插座上，专用短接线一端的连接器II和连接器I配套，专用短接线另一端的专用连接插头与超声波主机的发射、或接收、或收发共用的插座的型号对应。所述专用短接线包括发射短接线、接收短接线、收发共用短接线、带前置放大器的接收短接线、带前置放大器的收发共用短接线。其中1.发射短接线、接收短接线和收发共用短接线，可只需连接内装电路的F/Vo和地线，F/Vo作为发射电压、或接收信号、或收发共用的连接端。2.发射专用短接线，可只需连接内装电路的F和地线，F作为发射电压的连接端。3.带前置放大器的接收短接线，连接内装电路的Vout、地线、电源V+、或以及电源V-, Vout作为接收放大信号的输出端。 4.带前置放大器的收发共用短接线，连接内装电路的Vout、F/Vo或F、地线、电源V+、或以及电源V-，F/V0或F作为发射电压的输入端，Vout作为接收放大信号的输出端，其中的F/Vo和地线兼具收发共用的功能。本实用新型的特征在于本实用新型的有益效果在于在压电晶体传感器和导线之间增加了具有前置放大功能的并行的内装电路，能使一个换能器同时具有发射和前置放大接收功能的并行的通讯能力，通过选择连接内装电路的输入输出接口至连接插头，或采用专用短接线的方法，除能构成常用的超声波发射换能器、超声波接收换能器、超声波收发共用换能器和带前置放大器的超声波换能器外，还能构成带前置放大器的收发共用单工超声波换能器，一方面能提升未采用带前置放大器的换能器检测的超声波检测仪及超声波循测仪的使用性能，不但提高了检测信号的信噪比，使检测质量和检测效率提高，也增强了对严重缺陷透测判定的能力，避免盲测误判，使检测评定结果更科学真实，能有效检测较大直径的桩基，满足国家技术规范关于“宜选用带前置放大器的接收换能器”的推荐性要求；另一方面采用专用短接线和通用换能器的方案，使每个换能器均能适用于现有主流超声波主机，可分别作为发射、接收、带前置放大接收、收发共用、具有前置放大功能的收发共用等超声波换能器，方便换能器的采购、使用、管理和携带。内装电路中由电阻Rf或Rp 二极管Vfl和Vf2或Vpl和Vp2构成的输入隔离电路一方面起到有效隔离高压发射电压对前置放大器输入端的影响，一方面能无损耗地将传输换能器的接收信号传输到放大器上，同时还起到释放压电晶体高压激发电压的电流的作用；内装电路中串接二极管Vi为负高压发射电压持供通道，能隔离发射电路和导线的干扰噪声进入后续接收信号中。内装电路中的前置放大器采用集成放大器，可采用同相放大和反相放大工作方式，具有性能可靠、电路简单、低噪声的优点。
以下结合附图和实施例对本实用新型的结构和实施方法作进一步的说明。
图1是采用并行的前置放大器的超声波换能器的结构原理示意图。图2是一种采用双电源供电的具有前置放大功能的并行的内装电路的电路图图3是一种采用单电源供电的具有前置放大功能的并行的内装电路的电路图。图4是另一种采用双电源供电的具有前置放大功能的并行的内装电路的电路图图5是一种超声波通用换能器结构原理示意图图6是一种采用外接电源的超声波通用换能器结构原理示意图附图标证记说明1.压电晶体传感器，2.换能器外壳，3.内装电路，4.导线，5.连接插头，6.连接器I，7.专用短接线，8.连接器II，9.专用连接插头，10.电源线，11.独立电源。
具体实施方式
实施例1一种采用双电源供电的采用并行的前置放大器的超声波换能器如附图1和附图2所示，采用双电源供电的并行的前置放大器的超声波换能器包含压电晶体传感器1、换能器外壳2、导线4和连接插头5，在压电晶体传感器I和导线4之间增加了具有输入保护功能的前置放大器的内装电路3，内装电路3的输入端与压电晶体传感器I的输入输出端连接并构成F/Vo与Vout并行的输入输出电路，内装电路3由电阻Rp、Rf、RF，二极管Vpl、Vp2和集成放大器Al构成，电阻Rp的一端连接压电晶体传感器I的输入输出端并为内装电路3的F/Vo输入输出口，二极管Vpl和Vp2反向并联后同时连接到电阻Rp的另一端和放大器Al的IN A+输入端，电阻Rf和RF的一端同时连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端为内装电路3的Vout输出口，二极管Vpl、Vp2及电阻Rf的另一端均接地。由电阻Rp和二极管Vpl和Vp2构成输入隔离保护电路，其中电阻Rp为限流元件，二极管Vpl和Vp2反向并联构成限幅电路。由电阻Rf、RF和集成放大器Al构成同相放大器，其中集成放大器AI可采用如INA111、TL082等高输入阻抗低噪声集成电路，二极管Vp1、Vp2采用高频开关二极管。连接导线采用多芯屏蔽线，从内装电路中连接不同的接口至连接插头5(连接插头与超声波主机的发射、或接收、或收发共用的插座的型号对应)，可构成具有不同功能的专用的超声波换能器1.从内装电路3中连接F/Vo、Vout、地线、V+或以及V-至连接插头5，F/Vo作为发射电压和接收信号的共用输入输出端，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的收发共用的超声波换能器，利用其中的F/Vo和地线兼具收发共用的功能。2.从内装电路3中连接Vout、地线、V+或以及V-至连接插头5，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的超声波换能器。3.从内装电路3中连接F/Vo、地线至连接插头5，F/Vo作为发射电压和接收信号的共用输入输出端，构成收发共用的超声波换能器。实施例2一种采用单电源供电的采用并行的前置放大器的超声波换能器如附图3所示，采用双电源供电的并行的前置放大器的超声波换能器，内装电路3由电阻Rf、RF、R2、R3，二极管Vfl、Vf2,电容Cf、Cl、C2和集成放大器Al构成，电阻Rf的一端连接压电晶体传感器I的输入输出端并为内装电路3的F/Vo输入输出口，二极管Vfl和Vf2反向并联后同时连接到电阻Rf的另一端和电容Cf的一端，电容Cf的另一端和电阻RF的一端连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端和电容Cl的一端，电容Cl的另一端为内装电路3的Vout输出口，电阻R2和电阻R3及电容C2的一端同时连接到放大器AlIN A+输入端，电阻R2的另一端接电源V+，二极管VfUVf2,电阻R3及电容C2的另一端均接地。其中由电阻Rf和二极管Vfl和Vf2构成输入隔离电路，电阻Rf为限流元件，二极管Vfl和Vf2反向并联构成限幅电路。由电阻Rf、RF、R2和R3、电容Cf、Cl、C2和集成放大器Al构成一阶高通滤波的反相放大器，设计滤波频率低于 5kHz。其余同实施例1。实施例3另一种采用双电源供电的并行的前置放大器的超声波换能器如附图4所示，采用双电源供电的并行的前置放大器的超声波换能器，内装电路3的限流电阻Rp改为耦合电容C3，在内装电路3的输入端处增加一个接地电阻R1，以释放压电晶体传感器I激振电压的的电流。其中电容C3采用耐高压电容。[0049]其余同实施例1。实施例4另一种采用并行的前置放大器的超声波换能器如附图4所示，采用双电源供电的并行的前置放大器的超声波换能器，内装电路3在压电晶体传感器I的输出端串接一只二极管VI，二极管Vl的阴极作为发射电压输入端，F与Vout构成并行输出电路。F作为发射电压输入端。其中二极管Vl采用高频高压开关
二极管。其余同实施例1。实施例5一种采用并行的前置放大器的超声波通用换能器如附图8所示的一种采用并行的前置放大器的超声波通用换能器，将采用并行的前置放大器的超声波换能器所述的连接插头5改为连接器I 6，再由专用短接线7连接到不同型号超声波主机的发射、或接收、或收发共用的主机插座上，专用短接线7—端的连接器II 8和连接器I 6配套，专用短接线7另一端的专用连接插头9与超声波主机的发射、或接收、或收发共用的插座的型号对应。所述专用短接线7包括发射短接线、接收短接线、收发共用短接线、带前置放大器的接收短接线、带前置放大器的收发共用单工短接线。其中1.发射短接线、接收短接线和收发共用短接线，可只需连接内装电路的F/Vo和地线，F/Vo作为发射电压、或接收信号、或收发共用的连接端。2.发射专用短接线，可只需连接内装电路的F和地线，F作为发射电压的连接端。3.带前置放大器的接收短接线，连接内装电路的Vout、地线、电源V+、或以及电源V-, Vout作为接收放大信号的输出端。4.带前置放大器的收发共用单工短接线，连接内装电路的Vout、F/Vo或F、地线、电源V+、或以及电源V-，F/Vo或F作为发射电压的输入端，Vout作为接收放大信号的输出端。如附图6所示，当超声波主机的插座无电源输出时，超声波换能器可通过在连接插头5、6处引出电源线10，由外部独立电源11供电。其余同实施例1、2、3、4。以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种采用并行的前置放大器的超声波换能器，包含压电晶体传感器(I)、换能器外壳(2)、导线(4)和连接插头(5)，其特征在于在压电晶体传感器(I)和导线(4)之间增加了具有输入保护功能的前置放大器的内装电路(3)，内装电路(3)的输入端与压电晶体传感器(I)的输入输出端连接并构成F/Vo与Vout并行的输入输出电路，内装电路(3)由电阻Rp、Rf、RF，二极管Vpl、Vp2和集成放大器Al构成，电阻Rp的一端连接压电晶体传感器(I)的输入输出端并为内装电路(3)的F/Vo输入输出口，二极管Vpl和Vp2反向并联后同时连接到电阻Rp的另一端和放大器Al的IN A+输入端，电阻Rf和RF的一端同时连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端并为内装电路(3)的Vout输出口，二极管Vpl、Vp2及电阻Rf的另一端均接地。
2.如权利要求1所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于内装电路⑶由电阻Rf、RF、R2、R3，二极管Vf1、Vf2，电容Cf、C2和集成放大器Al构成，电阻Rf的一端连接压电晶体传感器(I)的输入输出端并为内装电路(3)的F/Vo输入输出口，二极管Vfl和Vf2反向并联后同时连接到电阻Rf的另一端和电容Cf的一端，电容Cf的另一端和电阻RF的一端连接到放大器Al的IN A-输入端，电阻RF的另一端连接到放大器Al的输出端并为内装电路(3)的Vout输出口，电阻R2和电阻R3及电容C2的一端同时连接到放大器AlINA+输入端，电阻R2的另一端接电源V+，二极管Vfl、Vf2，电阻R3及电容C2的另一端均接地。
3.如权利要求1所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于内装电路⑶的电阻Rp改为电容C3，在内装电路(3)的输入端处增加一个接地电阻Rl。
4.如权利要求1、2、3所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于内装电路(3)在压电晶体传感器(I)的输入输出端处串接一只二极管VI，二极管Vl的阴极作为发射电压F的输入端，F与Vout构成并行输入输出电路。
5.如权利要求1、2、3、4所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于连接导线(4)采用多芯屏蔽线，从内装电路(3)中连接F/Vo、Vout、地线、V+或以及V-至连接插头(5)，F/Vo作为发射电压和接收信号的共用输入输出端，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的收发共用的超声波换能器。
6.如权利要求4所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于连接导线⑷采用多芯屏蔽线，从内装电路⑶中连接F、Vout、地线、V+或以及V-至连接插头(5)，F作为发射电压的输入端、Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的收发共用的超声波换能器。
7.如权利要求1、2、3、4所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，其特征在于连接导线(4)采用多芯屏蔽线，从内装电路(3)中连接Vout、地线、V+或以及V-至连接插头(5)，Vout作为接收放大信号的输出端，构成带前置放大器的超声波换能器。
8.一种超声波通用换能器，其特征在于具有如权利要求1、2、3、4所述的采用并行的前置放大器的超声波换能器，所述连接插头(5)改为连接器U6)，再由专用短接线(7)连接到不同型号超声波主机的发射、或接收、或收发共用的主机插座上，专用短接线(7) —端的连接器II (8)和连接器I (6)配套，专用短接线(7)另一端的专用连接插头(9)与超声波主机的发射、或接收、或收发共用的插座的型号对应。
9.如权利要求8所述的一种超声波通用换能器，其特征在于所述专用短接线(7)包括发射短接线、接收短接 线、收发共用短接线、带前置放大器的接收短接线、带前置放大器的收发共用短接线。
专利摘要本实用新型涉及采用并行的前置放大器的超声波换能器以及通用的超声波换能器，所述采用并行的前置放大器的超声波换能器其特征在于增加了具有输入保护功能的前置放大器的内装电路，内装电路的输入端与压电晶体传感器的输入输出端连接并构成F/Vo与Vout或F与Vout并行的输入输出电路，能提高检测信号的信噪比和对缺陷透测判定的能力。所述超声波通用换能器是将换能器的连接插头改为通用连接器，通过与超声波主机的发射、或接收、或收发一体的连接插座配套的短接线再连接到主机上、使一个换能器可分别作为发射、接收、带前置放大接收、收发共用、具有前置放大功能的收发共用的超声波通用换能器，方便换能器的采购、使用、管理和携带。
文档编号B06B1/06GK202860809SQ20122052375
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月12日 优先权日2012年10月12日
发明者陈彦平, 马晔, 杨宇, 陈准 申请人:陈彦平