超声激励接收仪及其控制方法与流程

本申请涉及超声，尤其涉及一种超声激励接收仪及其控制方法。

背景技术：

1、超声波扫描显微镜是一种检测样品表面和内部微小缺陷(一般为微米级)的无损检测仪器，超声频率一般大于10mhz，最高频率可达到2ghz。为了达到微米级分辨率的检测需求，需要开发更高频率的超声换能器。激励电路系统是超声显微的核心部分之一，其性能决定着换能器是否产生有效的超声波信号。

2、目前，市场上成熟的超声激励接收装置的频率集中于30mhz以下，可激励的超声波探头的中心频率为100khz～20mhz。为满足更高精度的检测需求，大幅度地提高检测声波的中心频率，并跨越高频到特高频带宽的脉冲发射和微小信号接收成为实现高分辨率检测的关键，需要设计更加丰富的滤波网络用于满足多频段滤波需求，直接导致了射频电路设计的复杂性增加。

3、因而，亟需研发一种超声激励接收仪及其控制方法解决上述存在的一个或多个问题。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本发明实施例提供一种超声激励接收仪及其控制方法。

2、第一方面，本申请提供了一种超声激励接收仪，所述超声激励接收仪包括：电源模块、主控模块、高压脉冲激励模块和信号调理模块；

3、所述电源模块的输出端连接于所述主控模块的输入端、信号调理模块的输入端、以及高压脉冲激励模块的输入端，所述电源模块分别输出与所述主控模块、信号调理模块和高压脉冲激励模块对应的直流电压；

4、所述主控模块的输出端连接于所述信号调理模块的输入端、以及高压脉冲激励模块的输入端，所述主控模块接收上位机发送的控制指令，并根据所述控制指令调节所述信号调理模块和高压脉冲激励模块的控制参数；

5、所述高压脉冲激励模块，用于生成负极脉冲信号，并对所述负极脉冲信号进行一级放大；

6、所述信号调理模块，用于对所述负极脉冲信号进行增益调节和滤波处理。

7、在一个可能的实施方式中，所述主控模块包括现场可编程门阵列fpga，所述fpga根据所述控制指令调节所述信号调理模块和所述高压脉冲激励模块的控制参数，其中，所述控制参数至少包括以下之一：激励电压、激励阻抗、信号重复频率、信号增益和滤波范围。

8、在一个可能的实施方式中，所述高压脉冲激励模块设置有脉冲发射电路、驱动电路和前置放大器；

9、所述脉冲发射电路分别与所述前置放大器和所述驱动电路电连接；

10、所述脉冲发射电路根据所述驱动电路输出的输出阻抗与输出能量生成超声信号；所述前置放大器对所述脉冲发射电路输出的超声信号进行放大处理。

11、在一个可能的实施方式中，所述驱动电路设置有串口转并口芯片、继电器驱动器，所述串口转并口芯片与所述继电器驱动器电连接；

12、所述串口转并口芯片将串行控制信号转换成并行信号，并输出至所述继电器驱动器的输入端；

13、所述继电器驱动器根据所述串行控制信号生成不同的输出阻抗与输出能量。

14、在一个可能的实施方式中，所述信号调理模块设置有可控增益电路和滤波电路，所述可控增益电路与所述滤波电路电连接，其中，所述可控增益电路包括二级放大电路与三级放大电路，所述二级放大电路与三级放大电路电连接，所述滤波电路包括高通滤波电路与低通滤波电路，所述高通滤波电路与低通滤波电路电连接。

15、在一个可能的实施方式中，所述高压脉冲激励模块的激励宽带覆盖范围包括5mhz～500mhz。

16、在一个可能的实施方式中，所述高压脉冲激励模块生成负极脉冲信号，所述负极脉冲信号包括重复频率可调的极性负脉冲信号，所述负极脉冲信号的最大脉冲重复频率为50khz。

17、在一个可能的实施方式中，所述超声激励接收仪还设置有反射端口、透射端口、信号输出端口、触发端口和usb端口；

18、在所述超声激励接收仪的检测模式为反射模式的情况下，所述反射端口与第一超声波探头相连接，所述信号输出端口连接示波器的信号输入端口，所述触发端口连接所述示波器的触发源端口，所述usb端口连接外部设备；

19、在所述超声激励接收仪的检测模式为透射模式的情况下，所述反射端口与第一超声波探头相连接，所述透射端口与第二超声波探头相连接，所述信号输出端口连接示波器的信号输入端口、所述触发端口连接所述示波器的触发源端口，所述usb端口连接外部设备。

20、第二方面，本申请提供了一种超声激励接收仪的控制方法，所述方法包括：

21、获取所述超声激励接收仪的检测模式；

22、根据所述检测模式设置所述超声激励接收仪的激励参数，所述激励参数包括使能参数、触发信号源参数、自触发重复频率、激励电压、使用模式参数、能量控制参数和阻尼参数；

23、设置所述超声激励接收仪的接收参数，所述接收参数包括增益、低通滤波频率和高通滤波频率；

24、根据设置的激励参数和接收参数，控制所述超声激励接收仪输出脉冲波发送至超声波探头，以执行超声检测。

25、在一种可能的实施方式中，所述根据所述检测模式对所述超声激励接收仪进行安装处理，包括：

26、在所述超声激励接收仪的检测模式为反射模式的情况下，所述反射端口与第一超声波探头相连接，所述信号输出端口连接示波器的信号输入端口，所述触发端口连接所述示波器的触发源端口，所述usb端口连接外部设备；

27、在所述超声激励接收仪的检测模式为透射模式的情况下，所述反射端口与第一超声波探头相连接，所述透射端口与第二超声波探头相连接，所述信号输出端口连接示波器的信号输入端口、所述触发端口连接所述示波器的触发源端口，所述usb端口连接外部设备。

28、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的方法采用了模块化设计，使得单通道的超声激励接收装置可级联成多台装置，用于多通道设备的集成，并采用激励和接收一体的设置，减少了外界电磁干扰。

技术特征：

1.一种超声激励接收仪，其特征在于，包括：电源模块、主控模块、高压脉冲激励模块和信号调理模块；

2.根据权利要求1所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述主控模块包括现场可编程门阵列fpga，所述fpga根据所述控制指令调节所述信号调理模块和所述高压脉冲激励模块的控制参数，其中，所述控制参数至少包括以下之一：激励电压、激励阻抗、信号重复频率、信号增益和滤波范围。

3.根据权利要求1所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述高压脉冲激励模块设置有脉冲发射电路、驱动电路和前置放大器；

4.根据权利要求3所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述驱动电路设置有串口转并口芯片、继电器驱动器，所述串口转并口芯片与所述继电器驱动器电连接；

5.根据权利要求1所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述信号调理模块设置有可控增益电路和滤波电路，所述可控增益电路与所述滤波电路电连接，其中，所述可控增益电路包括二级放大电路与三级放大电路，所述二级放大电路与三级放大电路电连接，所述滤波电路包括高通滤波电路与低通滤波电路，所述高通滤波电路与低通滤波电路电连接。

6.根据权利要求3所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述高压脉冲激励模块的激励宽带覆盖范围包括5mhz～500mhz。

7.根据权利要求6所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述高压脉冲激励模块生成负极脉冲信号，所述负极脉冲信号包括重复频率可调的极性负脉冲信号，所述负极脉冲信号的最大脉冲重复频率为50khz。

8.根据权利要求1所述的超声激励接收仪，其特征在于，所述超声激励接收仪还设置有反射端口、透射端口、信号输出端口、触发端口和usb端口；

9.一种超声激励接收仪的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一所述超声激励接收仪，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测模式对所述超声激励接收仪进行安装处理，包括：

技术总结
本申请涉及一种超声激励接收仪及其控制方法，所述超声激励接收仪包括的电源模块的输出端连接于主控模块输出与主控模块、信号调理模块和高压脉冲激励模块对应的直流电压；主控模块的输出端连接于信号调理模块的输入端、以及高压脉冲激励模块的输入端，主控模块接收上位机发送的控制指令，并根据控制指令调节信号调理模块和高压脉冲激励模块的控制参数；高压脉冲激励模块，用于生成负极脉冲信号，并对负极脉冲信号进行一级放大；信号调理模块，用于对负极脉冲信号进行增益调节和滤波处理。采用了模块化设计，可用于多通道设备的集成，并采用激励和接收一体的设置，减少了外界电磁干扰。

技术研发人员：吴炳,胡志臣,杨敬,李立,何明轩,王雪妍,王红宇,郭贵良,刘康丽
受保护的技术使用者：北京航天测控技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24