用於高鐵鋼軌探傷的正負脈衝超聲發射接收板卡設計

2020-12-08 電子產品世界

編者按：　　摘要：目前在鋼軌探傷的超聲波發射電路中常用的是基於電容充放電原理的負尖脈衝的激勵方式，超聲波發射重複頻率受電容充放電速度的影響，且激勵電壓不恆定，直接導致測量結果定量困難。針對這一問題，提出了一種用於高鐵鋼軌探傷的正負脈衝激勵的超聲波發射電路，採用與超聲探頭周期相同的正負脈衝對探頭進行激勵，實驗結果表明，該超聲波發射電路脈衝在4KHz重複頻率下激勵電壓穩定，接收電路通道間無幹擾，符合高鐵鋼軌探傷使用要求。　　前言　　目前超聲系統使用的激勵波形主要有負尖脈衝、雙極性調諧脈衝、方波脈衝、階躍脈衝(

　　摘要：目前在鋼軌探傷的超聲波發射電路中常用的是基於電容充放電原理的負尖脈衝的激勵方式，超聲波發射重複頻率受電容充放電速度的影響，且激勵電壓不恆定，直接導致測量結果定量困難。針對這一問題，提出了一種用於高鐵鋼軌探傷的正負脈衝激勵的超聲波發射電路，採用與超聲探頭周期相同的正負脈衝對探頭進行激勵，實驗結果表明，該超聲波發射電路脈衝在4KHz重複頻率下激勵電壓穩定，接收電路通道間無幹擾，符合高鐵鋼軌探傷使用要求。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/271643.htm

　　前言

　　目前超聲系統使用的激勵波形主要有負尖脈衝、雙極性調諧脈衝、方波脈衝、階躍脈衝(如圖1所示)，作者對各種激勵方式對超聲信號的影響進行了分析。

　　在鋼軌探傷領域內，超聲探頭的固有頻率多為2.5MHz或3.5MHz，且激勵電壓高，一般為300V左右，使用最多的是負尖脈衝激勵方式，負尖脈衝激勵方式原理和電路簡單，易於實現。負尖脈衝的產生原理如圖2所示。

　　通過控制高速開關使電容充放電來產生負尖脈衝。為提高超聲測量的靈敏度，需要負尖脈衝的下降沿時間越短越好。負尖脈衝電路超聲波激勵在高速鋼軌檢測使用中有如下不足：(1)激勵電壓的幅值取決於電容的充電電壓，受各種因素影響，激勵電壓的幅值不穩定，重複性不好。(2)受到電容充放電速度的影響，測量的重複頻率受到限制，當測量重複頻率增大時，激勵電壓的幅值會下降。

　　目前採用輪式探頭的高鐵鋼軌探傷車檢測速度最高為80km/h，檢測重複頻率為4KHz，採用負尖脈衝的激發方式已經不能很好地滿足要求。

　　方波脈衝可以提高激勵電壓的穩定性，雙極性調諧脈衝可以明顯提高檢測信號幅度，本文提出了一種正負脈衝的激勵方式，結合了方波脈衝和雙極性調諧脈衝的優點。

　　1 正負脈衝激勵的超聲波發射接收電路

　　1.1 正負脈衝激勵的原理

　　正負脈衝激勵的波形如圖3所示，採用正負兩種電壓輪流施加到超聲探傷上，正負脈衝的峰峰值即為施加到超生探頭上的電壓值，正負脈衝的頻率可以根據檢測的需要進行調節。在正負脈衝的一個周期內，超聲探頭產生3次振動。

　　正負脈衝具有方波脈衝的可控性優點，激勵幅值電壓穩定，同時，又具有雙極性調諧脈衝的調諧特性，可以提高檢測信號的幅值。

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