用于高鐵鋼軌探傷的正負(fù)脈沖超聲發(fā)射接收板卡設(shè)計(jì)

　　2 正負(fù)脈沖發(fā)射接收電路電磁兼容設(shè)計(jì)

　　使用正負(fù)脈沖方式激勵(lì)多路超聲波，激勵(lì)電壓高，正負(fù)脈沖頻率快，且方波自身包含高頻諧波，極易產(chǎn)生電磁兼容問題，超聲波接收電路的模擬電路部分信號(hào)小，也很容易受到電磁干擾，因此需要對(duì)超聲波發(fā)射接收電路進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。本文采用了多種措施：

　　(1)高低壓電源分開 超聲波發(fā)射激勵(lì)電壓采用±70V電源，發(fā)射控制及接收電路中使用5V電壓，高壓與低壓間采用單點(diǎn)連接方式，避免瞬間脈沖電流流入模擬地;

　　(2)數(shù)字控制部分與模擬信號(hào)部分器件布局分區(qū)，如圖6所示;

　　(3)多個(gè)通道間的地層進(jìn)行分割，確保各個(gè)通道之間的電流回路互不影響;

　　(4)精心走線，確保高壓部分的正負(fù)脈沖與探頭組成的電流回路面積最小;

　　(5)采用6層板設(shè)計(jì)，將關(guān)鍵數(shù)字信號(hào)內(nèi)部走線。

　　3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　為驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正負(fù)脈沖發(fā)射接收電路，對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用探輪標(biāo)定裝置進(jìn)行試驗(yàn)，該探輪標(biāo)定裝置可以對(duì)9英寸探輪內(nèi)部0度超聲探頭進(jìn)行標(biāo)定。將設(shè)計(jì)的4通道正負(fù)脈沖發(fā)射接收卡的發(fā)射端接9英寸探輪的0度超聲探頭，超聲發(fā)射重復(fù)頻率為4KHz。

　　圖7為在發(fā)射電路的TX端不接超聲探頭時(shí)測量到的正負(fù)脈沖波形，每次觸發(fā)采用2個(gè)正脈沖、2個(gè)負(fù)脈沖，脈沖電壓為±70V，正負(fù)脈沖的頻率與超聲探頭的頻率相同，均為2.25MHz，可以看出：設(shè)計(jì)的正負(fù)脈沖發(fā)射電路可以產(chǎn)生要求的正負(fù)脈沖，選擇的器件能夠滿足要求。圖8為接入0度探頭對(duì)鋼軌試塊進(jìn)行測試，在螺孔處測得的界面波、螺孔回波和底波的全波檢波后的A型顯示信號(hào)波形。測試過程中采用的界面波增益為30dB，監(jiān)視閘門和底波閘門的增益均為47dB。界面波時(shí)間約為90us。圖7中黃色波形為施加到探頭上的激勵(lì)脈沖波形，從圖8可以看出：(1)正負(fù)脈沖電路可以對(duì)超聲探頭進(jìn)行激勵(lì);(2)隔離限幅電路確保了正負(fù)脈沖既能施加到超聲探頭上，又能對(duì)后續(xù)的接收電路起到隔離保護(hù)作用;(3)設(shè)計(jì)的接收電路可以完成信號(hào)在固定增益和閘門增益下的信號(hào)放大。

　　為驗(yàn)證各通道的干擾情況，采用一個(gè)超聲發(fā)射接收通道對(duì)0度超聲探頭進(jìn)行激勵(lì)，使用示波器測量其他3個(gè)超聲發(fā)射接收通道的A型顯示，各閘門增益與0度接收通道閘門增益設(shè)置相同，未發(fā)現(xiàn)在其他3個(gè)通道存在干擾回波。

　　4 結(jié)論

　　本文研究了一種采用正負(fù)脈沖對(duì)超聲探頭進(jìn)行激勵(lì)的發(fā)射接收電路，提出了一種正負(fù)脈沖產(chǎn)生電路，設(shè)計(jì)了超聲波接收電路，并采用多種技術(shù)手段解決了發(fā)射接收電路的電磁兼容問題，并采用研究的發(fā)射接收電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：研究的正負(fù)脈沖超聲波發(fā)射接收電路滿足超聲波激勵(lì)要求，接收到的超聲回波信號(hào)幅值穩(wěn)定、各通道間無相互干擾。

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