[其他]用同一個(gè)晶體管發(fā)射超聲單脈沖和調(diào)制波的聲速儀

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86100574
• 申請(qǐng)日: 1986-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN86100574B
• 公開（公告）日: 1988-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王寅觀;魏墨盒;邵良華;盧杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H5/00
• 分類號(hào): G01H5/00
• 代理公司: 同濟(jì)大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 華國棟,陳樹德

本發(fā)明屬于聲學(xué)測(cè)量?jī)x器的領(lǐng)域。

聲速是媒質(zhì)的一個(gè)最基本的聲學(xué)量。超聲單脈沖和調(diào)制波是脈沖回波法聲速儀的兩種最基本的超聲波發(fā)射形式。

在本發(fā)明做出以前，發(fā)射超聲單脈沖的方法，如Usup4507762所述：利用一個(gè)觸發(fā)器來改變由四個(gè)晶體管所組成的橋路狀態(tài)，以使它對(duì)應(yīng)于每一個(gè)時(shí)間脈沖都輸出一個(gè)單脈沖，這種電路不能同時(shí)產(chǎn)生調(diào)制波。發(fā)射超聲調(diào)制波的方法，如J.P51-151118所述;采用多個(gè)晶體管互補(bǔ)推挽的形式。

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的、只用一個(gè)晶體管就可實(shí)現(xiàn)分別發(fā)射超聲單脈沖和調(diào)制波的發(fā)射電路，并利用這種發(fā)射電路制成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，測(cè)量精度高的超聲波聲速儀。

本發(fā)明的要點(diǎn)是在設(shè)計(jì)思想上利用了晶體管〔21〕在兩個(gè)不同工作區(qū)域中的不同工作特性，通過切換開關(guān)〔5〕、〔7〕對(duì)電路元件的轉(zhuǎn)換，使晶體管〔21〕在發(fā)射超聲單脈沖時(shí)，處于晶體管的二次擊穿狀態(tài)，此時(shí)晶體管的導(dǎo)通速度加快，在同步脈沖的作用下，便可產(chǎn)生一個(gè)邊沿極陡的尖峰單脈沖（接近δ脈沖）。通過切換開關(guān)〔5〕，〔7〕對(duì)電路元件的轉(zhuǎn)換，使晶體管〔21〕在發(fā)射超聲調(diào)制波的情況下，處于晶體管的正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了用同一個(gè)晶體管分別發(fā)射超聲單脈沖和調(diào)制波，大大簡(jiǎn)化了電路元件。

圖1為本發(fā)明的用同一個(gè)晶體管〔21〕發(fā)射超聲單脈沖和調(diào)制波的超聲波聲速儀的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明的超聲波發(fā)射電路〔6〕的電路原理圖。

圖3為晶體管〔21〕的輸入輸出特性曲線。

圖4為晶體管〔21〕發(fā)射超聲單脈沖的波形圖。

圖5為晶體管〔21〕發(fā)射超聲調(diào)制波的波形圖。

圖6為單脈沖形成電路〔3〕的實(shí)施例。

圖7為調(diào)制波形成電路〔4〕的實(shí)施例。

圖8為脈沖回波重合法時(shí)序邏輯控制電路〔1〕的實(shí)施例。

本發(fā)明如圖1所示，由脈沖回波重合法時(shí)序邏輯控制電路〔1〕，開關(guān)〔2〕，單脈沖形成電路〔3〕，調(diào)制波形成電路〔4〕，開關(guān)〔5〕，發(fā)射電路〔6〕，電源切換開關(guān)〔7〕，高低壓直流電源〔8〕，單脈沖輸出高頻插座〔9〕，調(diào)制波輸出高頻插座〔10〕，調(diào)諧電感〔11〕，壓電晶片〔12〕，接收放大器輸入插座〔13〕，接收放大器〔14〕，接收放大器輸出插座〔15〕，示波器〔16〕，音頻輸出插座〔17〕，頻率計(jì)〔18〕以及增輝輸出插座〔19〕所組成。

本發(fā)明的工作原理：脈沖回波重合法時(shí)序邏輯控制電路〔1〕周期性地產(chǎn)生發(fā)射同步信號(hào)，經(jīng)開關(guān)〔2〕選通后，分別被送往單脈沖形成電路〔3〕或調(diào)制波形成電路〔4〕，然后再經(jīng)過開關(guān)〔5〕送往發(fā)射電路〔6〕。當(dāng)電源切換開關(guān)〔7〕將高低壓直流電源〔8〕的高壓直流電壓V_N送入發(fā)射電路〔6〕時(shí)，該超聲波聲速儀處于發(fā)射超聲單脈沖波的工作狀態(tài)，發(fā)射電路〔6〕輸出幅度很高的，邊沿很陡的電脈沖，經(jīng)過單脈沖輸出高頻插座〔9〕，去激勵(lì)壓電晶片〔12〕產(chǎn)生單脈沖的超聲波，壓電晶片〔12〕與電感〔11〕構(gòu)成一個(gè)調(diào)諧回路。當(dāng)電源切換開關(guān)〔7〕轉(zhuǎn)向另一側(cè)，將高低壓直流電源〔8〕的低壓直流V_L送入發(fā)射電路〔6〕時(shí)，該超聲波聲速儀處于發(fā)射超聲調(diào)制波的工作狀態(tài)，發(fā)射電路〔6〕輸出一串串由方波調(diào)制的射頻電脈沖，經(jīng)過調(diào)制波輸出高頻插座〔10〕，去激勵(lì)壓電晶片〔12〕產(chǎn)生超聲調(diào)制波。超聲波的回波信號(hào)經(jīng)過接收放大器輸入插座〔13〕送入接收放大器〔14〕，經(jīng)過高頻放大后，再由接收放大器輸出插座〔15〕送往示波器〔16〕的Y軸進(jìn)行顯示。脈沖回波重合法時(shí)序邏輯控制電路〔1〕輸出的音頻信號(hào)，經(jīng)過音頻輸出插座〔17〕后，一路被送往示波器〔16〕X軸，作為外觸發(fā)掃描信號(hào);另一路被送往頻率計(jì)〔18〕進(jìn)行頻率測(cè)量。同時(shí)，脈沖回波重合法時(shí)序邏輯控制電路〔1〕輸出兩個(gè)同步增輝信號(hào)，經(jīng)過增輝輸出插座〔19〕送往示波器〔16〕的Z軸。在測(cè)量時(shí)，可先調(diào)節(jié)增輝信號(hào)的位置，在超聲波回波序列中選擇所需觀察的兩次回波進(jìn)行增輝，使這兩次回波在示波器上清楚可見，而不需要觀察的其它回波信號(hào)，由于未被增輝，便在示波器的顯示屏幕上消失。調(diào)節(jié)時(shí)序邏輯控制電路〔1〕輸出的音頻信號(hào)的頻率，使示波器中顯示的這兩次回波的每一周都對(duì)應(yīng)地重合，然后讀出頻率計(jì)〔18〕中顯示的頻率值f，即示波器〔16〕的X軸外觸發(fā)掃描信號(hào)的頻率。根據(jù)超聲波在試樣中傳播的距離L，便可算出聲速C＝L·f。