CN1043201A - 新型超声探头及新型脉冲电源 - Google Patents

Abstract

一种新型超声探头(超声换能器)属超声探测领域。它改变了传统超声探头结构和电激励方式，采用新型脉冲电源产生的双向双脉冲来激励压电陶瓷片，用调整双向双脉冲相位差，达到消除余波，去掉传统背衬阻尼法或减轻背衬阻尼。与有背衬阻尼探头相比，在同样选择性的情况下，有较高的灵敏度，且灵敏度和选择性容易控制。简化了探头结构设计，节省钨粉、环氧树脂背衬，工艺简化。其新型脉冲电源是简单、稳定、可靠的双向可调相位脉冲电源。将广泛用于工业探测和医疗等领域。

Description

新型超声探头（也称超声换能器）属超声探测领域。

超声探测是工业和医疗等领域的重要检测技术，其超声探头是主要部件，对探头的基本要求是要有足够高的灵敏度和选择性（分辨率）作为超声换能器的压电陶瓷元件，以电脉冲激励，产生振荡，为达到探测要求，必须消除余振波。目前广泛采用的方法是机械匹配的方法，即在压电陶瓷片后表面加阻尼块。阻尼块通常是采用环氧树脂和钨粉的混合物。通过改变环氧树脂和钨粉的配比，使其声阻抗接近于压电陶瓷片的声阻抗，即所谓高阻尼背衬结构。以单向脉冲激励，让高阻尼块将压电换能器的余波吸收掉，从而获得振动余波小，分辨率高的超声探头。但这种方法代价很大，因超声脉冲波能量在阻尼块里也同时大量损耗，其主波峰的幅度大大减小，探头灵敏度下降，而且由于灵敏度和选择性的矛盾给探头的结构设计和制造工艺带来困难。因而这种机械匹配方法实际上是不很理想的。

本发明的目的在于制造一种无背衬阻尼或减轻背衬阻尼结构的且灵敏度高、选择性好的新型超声换能器和研制出一种简单、稳定、可靠的适用于激励该新型超声探头的脉冲电源。

本发明的设计改变了传统的采用高阻尼背衬结构和电激励方式，采用新型的脉冲电源所产生的双向双脉冲激励压电陶瓷片，用调整双向双脉冲间相位差的方法，使正、负脉冲的两次激励所产生的振动余波互相抵消，达到消除余波，而使振动主峰不衰减，从而去掉了传统背衬阻尼法或减轻背衬阻尼，而获得灵敏度高、选择性（分辨率）好的新型超声探头。

本发明的新型脉冲电源主要由脉冲源、延时电路，参数调节电路，功率放大器及脉冲合成器所组成。由脉冲源所产生的脉冲分两路到达脉冲合成器，一路经参数调节，功放后直接输入脉冲合成器，另一路先经延时电路，再经参数调节，功放后输入脉冲合成器，然后由脉冲合成器输出单路双向双脉冲电波激励压电陶瓷片。或者由脉冲源产生的脉冲串，经参数电路后，再分两路，一路脉冲串直接进入功放电路组，另一路经延时电路、参数调节电路后，再进入功放电路组，然后由功放电路组输出多路双向双脉冲激励多个压电陶瓷片。研制此脉冲源的目的在于使一台电脉冲源能驱动尽可能多的超声换能器，便于做为超声聚焦驱动电源。

本发明的超声探头与有背衬探头相比，在同样选择性情况下，有高的灵敏度，简化了探头的结构设计，节省钨粉、环氧树脂背衬，其工艺简化，探头灵敏度和选择性比较容易调节，其脉冲电源简单、稳定、可靠的且双向脉冲相位可调的新型脉冲电源。

本发明的附图如下：

附图1    双向双脉冲获得余波小的超声波原理图。

附图2    单路双向双脉冲电源逻辑框图。

附图3    多路双向双脉冲电路总体框图。

附图4    电路功放级原理图。

附图5    脉冲产生电路。

参照附图详细说明本发明的原理及实施例

附图1为采用双向双脉冲激励压电陶瓷元件所获得的超声波，即将脉冲源所产生的单峰脉冲分两路抵达超声探头，一路直达，另一路经延时反相后到达超声探头。这样两路脉冲在负载上产生的超声波除在第一谷值相重叠外，其余幅值相等而相位相反，相互抵消，从而获得声脉冲呈单峰和小余波的超声波。图1中（a）-正向脉冲激励，（b）-负向脉冲激励，（c）-双向双脉冲激励。

附图2所示的单路双向双脉冲电源逻辑框图中，由脉冲源〔1〕发出的脉冲分两路到达脉冲合成器〔7〕，一路经参数调节电路〔2〕和功放电路〔3〕后，直达脉冲合成器〔7〕，另一路先经延时电路〔4〕，再经参数调节电路〔5〕和功放电路〔6〕到达脉冲合成器〔7〕，再由脉冲合成器〔7〕输出单路双向双脉冲来激励压电陶瓷片。两路脉冲分别经参数调节电路的调节环节，达到调节双向双脉冲的脉宽，相位差，周期等参数，使之获得满足要求的双向双脉冲。

附图3是多路双向双脉冲电源的一个实施例的总体框图。本实施例的脉冲源是多谐振荡器〔1〕，由多谐振荡器〔1〕产生的脉冲串，经单稳电路〔2〕和参数调节电路〔3〕获得满足要求的脉冲串后，再分成两路，一路直接进入功放组〔6〕（本实施例为四个功放组），此路称为A串脉冲，另一路经延时电路〔4〕和参数调节电路〔5〕之后，再进入四个功放组〔6〕，此路称为B串脉冲。四个功放组既有功率放大作用，也起到脉冲合成作用，当A串、B串脉冲同时工作时，四路输出为严格同步的双向双脉冲电波形。当只有A串脉冲工作时，四路输出为同步的单向脉冲波形。

附图4的功放级原理图中，C点为A串脉冲输入，D点为B串脉冲输入。功放电路是由二路完全对称的二级开关电路组成。BG₁、BG₂为初级功放开关管，它将C、D两点输入的A串、B串脉冲放大，反相后，经R₃和C₂加到场效应管FET₁、FET₂的栅极上去（本实施例采用场效应管是为了提高脉冲上升沿速度和电路带负载的能力），由FET₁、FET₂进一步放大后，在A、B点获得放大了的输出脉冲。当双向双脉冲工作时，压电换能器接A、B两点，当单向脉冲输出时，压电换能器接A点。

附图5所示的脉冲产生电路为多谐振荡电路〔1〕。单稳触发电路〔2〕以及脉冲延时电路〔3〕的电路原理图。图中W₁、C₁、C₂用来调节多谐振荡器的振荡周期，以达到调节最后输出级双向双脉冲重复周期T的目的。W₂与W₄用来调节单稳电路的脉冲宽度，从而达到调节双向双脉冲输出中正、负向脉冲宽度τ₁与τ₂的目的。W₃、C₅、C₆用来调节B串脉冲相对于A串脉冲的延时差。

本发明改变了传统的超声探头的结构设计，提高了灵敏度和分辨率，降低了成本，能推出新型用途的探声探点，将广泛用于工业探测和医疗等领域。

Claims (2)

1、一种采用电激励方式的新型超声探头，其特征在于采用双向双脉冲激励压电陶瓷元件，用调整双向脉冲相位差，达到消除余波、去掉传统背衬阻尼法或减轻背衬阻尼。

2、一种用来激励压电陶瓷元件的新型脉冲电源由脉冲源、功放电路组成，其特征在于还包括参数调节电路。延时电路和脉冲合成器。

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