非线性电磁超声激励信号的功率放大装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及非线性电磁超声无损检测技术领域，尤其涉及一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置。
【背景技术】
[0002]目前，非线性超声检测技术对金属材料和结构内部的微裂纹、微缺陷及界面脱粘、分层等缺陷的检测具有独特的优势，也是对金属材料和结构的疲劳、蠕变等力学性能的退化进行早期预测的有效技术手段，是一门近年来正在快速兴起的无损检测技术。在常规非线性超声检测技术中，采用压电换能器对待检金属材料和结构进行非线性检测时，在换能器与构件之间需要采用耦合剂以提高入射进构件的超声能量。压电换能器中存在对超声波起阻尼作用的背衬层、实现声阻抗变换的匹配层、保护层及外壳，还可能用到改变入射角度的楔形块，这些因素都会引起非线性效应。特别是通常采用的耦合剂都具有较强的非线性效应。这些因素引起的非线性通常要比材料和缺陷本身引起的非线性大很多，从而使得非线性超声检测技术对检测条件的要求十分苛刻，给该技术在工程中的推广和应用带来极大限制。
[0003]非线性电磁超声检测技术克服了压电换能器需要耦合剂的缺点，可实现对金属导体材料和结构的非接触测量。无需耦合剂可消除耦合剂的非线性效应对检测结果带来的影响，同时没有耦合剂的挥发也使得电磁超声检测结果的重复性更好，更适用于定量检测的场合。电磁超声换能器通常是基于洛伦兹力效应和磁致伸缩效应实现能量转化的，换能器本身不需要采用背衬层、匹配层等部件，可有效减小换能器本身结构带来的非线性。但对于整个非线性电磁超声检测系统的发射通道而言，用于激励电磁超声换能器的功率放大器还可能引起非线性，因此，若能消除大功率激励信号引起的非线性即可有效增强非线性超声检测技术的鲁棒性。
[0004]目前，电磁超声检测技术中常用的激励信号为时域很窄的高功率尖脉冲信号，其对应的频谱为宽带，不适用于作为非线性电磁超声检测系统中的激励装置。采用常规的线性放大方式实现电磁超声导波功率放大电路时，由于电路中元器件的非线性，输出信号的高次谐波分量总是无法避免的，且二阶谐波分量对非线性检测结果影响很大。常规线性功率放大电路输出信号所引起的二阶谐波分量对线性超声检测结果影响不大，但对于非线性超声检测结果而言，激励装置输出信号引起的二次谐波会与材料和缺陷本身引起的非线性超声信号中的二阶谐波叠加，从而导致对基于二次谐波幅值的超声非线性系数的检测结果的误判。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的实施例提供一种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，在基频处能够产生能量足够大的驱动信号，有效激发电磁超声换能器在基频处产生具有足够大声功率的超声波，并且还可以抑制驱动信号中的二次谐波，以减小激励电路的非线性对检测结果的影响。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种非线性电磁超声激励信号的功率放大装置，包括:
[0008]一函数发生器、第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路、第二交流直流叠加电路、第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、高压直流电源、三绕组输出变压器和交流耦合电路；
[0009]所述函数发生器与一三绕组输入变压器的第一绕组的一端连接；所述第一直流偏置电路与一第一交流直流叠加电路连接；所述第一交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第二绕组的一端以及互为并联关系的第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路；
[0010]所述第二直流偏置电路与第二交流直流叠加电路连接；所述第二交流直流叠加电路还分别连接三绕组输入变压器的第三绕组的一端以及互为并联关系的第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路；
[0011]所述第一线性功率放大模块电路和第二线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第一绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第一绕组的另一端连接有高压直流电源；
[0012]所述第三线性功率放大模块电路和第四线性功率放大模块电路还连接有三绕组输出变压器的第二绕组的一端；所述三绕组输出变压器的第二绕组的另一端连接所述高压直流电源；
[0013]所述三绕组输出变压器的第三绕组的一端连接有交流耦合电路的一端；所述交流耦合电路的另一端连接电磁超声换能器。
[0014]具体的，所述第一直流偏置电路、第二直流偏置电路、三绕组输入变压器、第一交流直流叠加电路和第二交流直流叠加电路构成一交流直流耦合电路；所述交流直流耦合电路包括:第一直流电压源VCC1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、三绕组输入变压器TX1、输入信号端Vin ;
[0015]所述第一直流电压源VCCl连接第二电阻R2的一端；第二电阻R2的另一端同时接第一电阻Rl的一端及第一二极管Dl的阳极；所述第一电阻Rl的另一端接地；所述第一二极管Dl的阴极同时连接第三电容C3和第三电阻R3的一端，所述第三电容C3的另一端接地，所述第三电阻R3的另一端同时连接第一电容Cl、第四电阻R4、第九电阻R9、第十电阻RlO的一端；所述第一电容Cl的另一端连接三绕组输入变压器TXl的第二绕组LSl的同名端；所述第四电阻R4的另一端接地；所述第一直流电压源VCCl还连接第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端同时连接第六电阻R6的一端及第二二极管D2的阳极；所述第六电阻R6的另一端接地，第二二极管D2的阴极同时连接一第四电容C4和第七电阻R7的一端；所述第四电容C4的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端同时连接一第二电容C2、第八电阻R8、第十一电阻R11、第十二电阻R12的一端；所述第二电容C2的另一端连接所述三绕组输入变压器TXl的第三绕组LS2的异名端；所述第八电阻R8的另一端接地；所述三绕组输入变压器TXl的第二绕组LSl的异名端和第三绕组LS2的同名端均接地，所述三绕组输入变压器TXl的第一绕组Lp的同名端连接输入信号端Vin，且所述三绕组输入变压器TXl的第一绕组Lp的异名端接地。
[0016]具体的，所述第一线性功率放大模块电路、第二线性功率放大模块电路、第三线性功率放大模块电路、第四线性功率放大模块电路、所述三绕组输出变压器、高压直流电源以及交流耦合电路构成的电路，包括:
[0017]第九电阻R9、第十电阻R10、第^^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、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、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二 ^^一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、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、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四^^一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五^^一电阻R51、第五十二电阻R52、第五十三电阻R53、第五十四电阻R54、第一 N沟道功率MOS场效应晶体管Ml、第二 N沟道功率MOS场效应晶体管M2、第三N沟道功率MOS场效应晶体管M3、第四N沟道功率MOS场效应晶体管M4、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第九N沟道功率MOS场效应晶体管M9、第十N沟道功率MOS场效应晶体管M10、第^^一 N沟道功率MOS场效应晶体管M11、第十二 N沟道功率MOS场效应晶体管M12、第十三N沟道功率MOS场效应晶体管M13、第十四N沟道功率MOS场效应晶体管M14、第十五N沟道功率MOS场效应晶体管M15、第十六N沟道功率MOS场效应晶体管M16、第十七N沟道功率MOS场效应晶体管M17、第十八N沟道功率MOS场效应晶体管M18、第十九N沟道功率MOS场效应晶体管M19、第二十N沟道功率MOS场效应晶体管M20、第一直流电压源VCC1、第二直流电压源VCC2、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7。
[0018]其中，所述第一线性功率放大模块电路，包括:
[0019]第九电阻R9、第十三电阻Rl3、第一 N沟道功率MOS场效应晶体管Ml、第十七电阻R17、第二^^一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40 ；
[0020]所述第九电阻R9的另一端连接一第一 N沟道功率MOS场效应晶体管Ml的栅极；所述第一 N沟道功率MOS场效应晶体管Ml的漏极连接一第十三电阻R13的一端；所述第十三电阻R13的另一端连接第一直流电压源VCCl ;
[0021]所述第一 N沟道功率MOS场效应晶体管Ml的源极同时连接第十七电阻R17、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24的一端；所述第十七电阻R17的另一端接地；
[0022]所述第二^^一电阻R21的另一端连接一第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的栅极；所述第二十二电阻R22的另一端连接一第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的栅极；所述第二十三电阻R23的另一端连接一第七N沟道功率MOS场效应晶体管WJ的栅极；所述第二十四电阻R24的另一端连接一第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的栅极；
[0023]所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5的源极连接一第三十七电阻R37的一端；所述第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6的源极连接一第三十八电阻R38的一端；所述第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7的源极连接一第三十九电阻R39的一端；所述第八N沟道功率MOS场效应晶体管M8的源极连接一第四十电阻R40的一端；
[0024]所述第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40的另一端同时接地；
[0025]所述第五N沟道功率MOS场效应晶体管M5、第六N沟道功率MOS场效应晶体管M6、第七N沟道功率MOS场效应晶体管M7、第八N