CN104485927B - 超声波传感器阵列的激励装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超声波传感器阵列的激励装置,包括:信号产生器和多个激励电路,其中,每个激励电路对应于超声波传感器阵列中的一个超声波传感器,激励电路包括:金属氧化物半导体场效应晶体管和输出器,其中,信号产生器从外部接收激励数据,响应于激励数据输出激励输入信号到激励电路,金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收激励输入信号,金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地,金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极输出激励内部信号,输出器将激励内部信号进行升压和调谐,将升压和调谐后的激励内部信号作为激励信号输出到相应的超声波传感器。
Description
技术领域
本发明涉及超声波传感器领域,更具体地讲,涉及一种超声波传感器阵列的激励装置。
背景技术
超声波传感器可以利用声波介质对被检测物体进行非接触式无磨损的检测,在医学和工业领域都有非常广泛的应用。超声波传感器阵列则可以通过控制超声波传感器阵列中各个超声波传感器的延迟时间,灵活、便捷而有效地控制声束形状和声压分布,能够生成不同指向性的超声波波束,产生不同形式的声束效果而被广泛地应用在医疗、工业无损检测、核工业以及航空等领域。超声波传感器阵列的激励装置直接影响超声波传感器阵列所产生的超声波波束的质量。
超声波传感器阵列的激励装置主要通过信号产生器(例如,FPGA(现场可编程门阵列))产生满足一定延迟时间的信号,并将产生的每个信号分别输出到与超声波传感器阵列中的超声波传感器相应的激励电路中,进而将信号输出到相应的超声波传感器,激励超声波传感器产生超声波。然而,现有的激励装置中的激励电路通过BJT(双极结型晶体管)接收信号产生器输出的信号,而由于BJT的基极互联端有驱动电流的要求,导致当信号产生器输出的信号电流不能满足BJT基极的驱动电流时,激励电路就不能正常工作,从而无法激励相应的超声波传感器产生超声波。
因此,现有的超声波传感器阵列的激励装置的适用性不高。
发明内容
本发明的示例性实施例在于提供一种超声波传感器阵列的激励装置。所述激励装置的激励电路没有驱动电流的要求,从而提高了超声波传感器阵列的激励装置的适用性。
根据本发明示例性实施例,提供一种超声波传感器阵列的激励装置,包括:信号产生器和多个激励电路,其中,每个激励电路对应于超声波传感器阵列中的一个超声波传感器,激励电路包括:金属氧化物半导体场效应晶体管和输出器,其中,信号产生器从外部接收激励数据,响应于激励数据输出激励输入信号到激励电路,金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收激励输入信号,金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地,金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极输出激励内部信号,输出器将激励内部信号进行升压和调谐,将升压和调谐后的激励内部信号作为激励信号输出到相应的超声波传感器。
可选地,所述输出器包括:升压器,将激励内部信号进行升压,将升压后的激励内部信号作为激励输出信号输出;调谐器,对激励输出信号进行调谐,将调谐后的激励输出信号作为激励信号输出到相应的超声波传感器。
可选地,所述激励数据包括对应于每个超声波传感器的延时时间、波形数据。
可选地,所述波形数据包括占空比数据、预定周期内的波形个数。
可选地,信号产生器包括:寄存器组,存储从外部接收到的延迟时间,其中,寄存器组中的每个寄存器对应一个超声波传感器,每个寄存器中存储相应的超声波传感器的激励数据;计数器,进行计时,当计时的时间达到存储的任一超声波传感器的延迟时间时,产生与所述任一超声波传感器相应的使能信号;波形发生器,响应于所述使能信号,根据与所述任一超声波传感器相应的波形数据产生与所述任一超声波传感器相应的激励输入信号,并将产生的激励输入信号输出到与所述任一超声波传感器相应的激励电路。
可选地,激励电路还包括:分压器,接收激励输入信号,将接收的激励输入信号进行分压,并将分压后的激励输入信号输出到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。
可选地,所述升压器包括:变压器、第一电阻器,其中,变压器的第一输入端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极,变压器的第二输入端连接到第一电阻器的第一连接端,变压器的第一输出端连接到相应的超声波传感器的第一输入端,变压器的第二输出端连接到相应的超声波传感器的第二输入端,并且,变压器的第二输出端接地,第一电阻器的第二连接端连接到外部的上拉电压,其中,所述调谐器并联在变压器的第一输出端和第二输出端之间。
可选地,所述调谐器为电阻器。
可选地,所述分压器包括:第二电阻器、第三电阻器,其中,第二电阻器的第一连接端连接到信号产生器的输出端,第二电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极,第三电阻器的第一连接端连接到第二电阻器的第二连接端,第三电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的源级。
在根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中,激励装置的激励电路没有驱动电流的要求,从而提高了超声波传感器阵列的激励装置的适用性。此外,通过对信号进行调谐,提高了超声波传感器阵列的激励装置的能量的利用率。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述,本发明示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚,其中:
图1示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置的框图;
图2示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置的信号产生器的框图;
图3示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中激励电路的电路图;
图4示出根据本发明的另一示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中激励电路的电路图。
具体实施方式
现在,将参照附图更充分地描述不同的示例实施例,其中,一些示例性实施例在附图中示出,其中,相同的标号始终表示相同的部件。
图1示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置的框图。
如图1所示,根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置包括:信号产生器100和多个激励电路200。这里,信号产生器100可通过FPGA(现场可编程门阵列)来实现。多个激励电路200中的每个激励电路可对应于超声波传感器阵列300中的一个超声波传感器。例如,当超声波传感器阵列包括n个超声波传感器:超声波传感器300-1、超声波传感器300-2、超声波传感器300-3、……、超声波传感器300-n时,超声波传感器阵列的激励装置中可相应地包括n个激励电路:激励电路200-1、激励电路200-2、激励电路200-3、……、激励电路200-n。这里,可使激励电路200-1对应于超声波传感器300-1,激励电路200-2对应于超声波传感器300-2,激励电路200-3对应于超声波传感器300-3,同样地,激励电路200-n对应于超声波传感器300-n,这里的n为正整数。
信号产生器100用于从外部接收激励数据DA,响应于激励数据DA输出激励输入信号SS_IN到激励电路。
这里,激励数据DA是根据超声波传感器阵列需要产生的超声波波束的特点,而计算出的与超声波传感器阵列中的每个超声波传感器相关的数据。作为示例,激励数据DA可包括对应于每个超声波传感器的延时时间、波形数据。这里,波形数据指与信号产生器100将要产生的信号的形状、信号的持续时间相关的数据,例如,波形数据可包括占空比数据、预定周期内的波形个数。
图2示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置的信号产生器100的框图。
如图2所示,信号产生器100包括:寄存器组110、计数器120、波形发生器130。
寄存器组110用于存储从外部接收到的延迟时间,其中,寄存器组中的每个寄存器对应一个超声波传感器,每个寄存器中存储相应的超声波传感器的激励数据。例如,在上述示例中,当超声波传感器阵列包括n个超声波传感器时,寄存器组110可包括n个寄存器,并且,每个寄存器对应一个超声波传感器。例如,寄存器组110中的第1个寄存器对应超声波传感器300-1,寄存器组110中的第2个寄存器对应超声波传感器300-2,寄存器组110中的第3个寄存器对应超声波传感器300-3,同样地,寄存器组110中的第n个寄存器对应超声波传感器300-n。
计数器120进行计时,当计时的时间达到存储的任一超声波传感器的延迟时间时,产生与所述任一超声波传感器相应的使能信号。例如,当计数器120计时的时间达到超声波传感器300-i的延迟时间时,计数器120产生与超声波传感器300-i相应的使能信号,i大于等于1且小于等于n。
波形发生器130响应于所述使能信号,根据与所述任一超声波传感器相应的波形数据产生与所述任一超声波传感器相应的激励输入信号SS_IN,并将产生的激励输入信号SS_IN输出到与所述任一超声波传感器相应的激励电路。例如,在上述示例中,当计数器120产生与超声波传感器300-i相应的使能信号时,波形发生器130可响应于与超声波传感器300-i相应的使能信号,根据与超声波传感器300-i相应的波形数据产生与超声波传感器300-i相应的激励输入信号SS_IN,并将产生的激励输入信号SS_IN输出到与超声波传感器300-i相应的激励电路200-i。
再次参照图1,激励电路200可包括:金属氧化物半导体场效应晶体管和输出器。
具体地说,金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收激励输入信号SS_IN,金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地,金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极输出激励内部信号。这里,金属氧化物半导体场效应晶体管可将信号产生器100输出的激励输入信号SS_IN放大,将放大的激励输入信号SS_IN作为激励内部信号从漏极输出。
输出器用于将激励内部信号进行升压和调谐,将升压和调谐后的激励内部信号作为激励信号SS输出到相应的超声波传感器。
这里,输出器可将金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极输出的激励内部信号进行升压,并通过与相应的超声波传感器进行阻抗匹配来对实现对升压后的激励内部信号的调谐。
作为示例,输出器可包括:升压器、调谐器。
具体地说,升压器用于将激励内部信号进行升压,将升压后的激励内部信号作为激励输出信号输出。
作为示例,升压器可包括:变压器、第一电阻器。这里,可将变压器的第一输入端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极,变压器的第二输入端连接到第一电阻器的第一连接端,变压器的第一输出端连接到相应的超声波传感器的第一输入端,变压器的第二输出端连接到相应的超声波传感器的第二输入端,并且,使变压器的第二输出端接地。可将第一电阻器的第二连接端连接到外部的上拉电压
调谐器用于对激励输出信号进行调谐,将调谐后的激励输出信号作为激励信号输出到相应的超声波传感器。例如,可将调谐器并联在上述示例中的变压器的第一输出端和第二输出端之间。优选地,调谐器可为电阻器。
以下将参照图3以金属氧化物半导体场效应晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)为例,来说明根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中激励电路200的电路结构。
图3示出根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中激励电路200的电路图。
如图3所示,金属氧化物半导体场效应晶体管V1的栅极g接收激励输入信号SS_IN,金属氧化物半导体场效应晶体管V1的源极s接地,金属氧化物半导体场效应晶体管V1的漏极d输出激励内部信号。这里,金属氧化物半导体场效应晶体管V1的漏极d输出激励内部信号为放大的激励输入信号SS_IN。
升压器可包括变压器T1和第一电阻器R1。变压器T1的第一输入端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管V1的漏极d,变压器T1的第二输入端连接到第一电阻器R1的第一连接端,变压器T1的第一输出端连接到相应的超声波传感器S1的第一输入端,变压器T1的第二输出端连接到相应的超声波传感器S1的第二输入端,并且,变压器T1的第二输出端接地。第一电阻器R1的第二连接端连接到外部的上拉电压PW。
具体地说,由于变压器T1通过第一电阻器R1连接到外部的上拉电压PW,因此,可通过调整外部的上拉电压PW使激励电路200激励不同的超声波传感器S1。例如,当超声波传感器S1需要较高的激励电压时,可适当增大外部的上拉电压PW,使变压器T1输出的电压满足较高的超声波传感器S1的激励电压的要求;当超声波传感器S1需要较低的激励电压时,可适当降低外部的上拉电压PW,使变压器T1的输出电压满足较低的超声波传感器S1的激励电压的要求。
调谐器可为电阻器R4,电阻器R4并联在变压器T1的第一输出端和第二输出端之间。通过调整电阻器R4的阻值,可使激励电路200与不同的超声波传感器S1进行阻抗匹配,从而实现对变压器R4输出的激励输出信号的调谐,以减少激励电路200的能量损失。
再次参照图1,由于信号产生器100的输出引脚的电压可能会比较高,当信号产生器100的输出引脚的电压高于金属氧化物半导体场效应晶体管的工作电压时,可为激励电路添加分压器进行分压。
具体地说,分压器用于接收激励输入信号SS_IN,将接收的激励输入信号SS_IN进行分压,并将分压后的激励输入信号输出到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。
作为示例,分压器可包括第二电阻器、第三电阻器。可将第二电阻器的第一连接端连接到信号产生器100的输出端,第二电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。可将第三电阻器的第一连接端连接到第二电阻器的第二连接端,第三电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的源级。从而实现对激励输入信号SS_IN的分压。
图4示出根据本发明的另一示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中激励电路200的电路图。
如图4所示,除了图3所示的金属氧化物半导体场效应晶体管V1、变压器T1、第一电阻器R1、电阻器R4之外,根据本发明的示例性实施例的激励电路200还包括:第二电阻器R2、第三电阻器R3。
这里,第二电阻器R2的第一连接端连接到信号产生器100的输出端,第二电阻器R2的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管V1的栅极g。第三电阻器R3的第一连接端连接到第二电阻器R2的第二连接端,第三电阻器R3的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管V1的源级s。
通过调整第二电阻器R2和第三电阻器R3的阻值,可调整输入到金属氧化物半导体场效应晶体管V1的栅极g的电压,保证金属氧化物半导体场效应晶体管V1能够正常工作。
在根据本发明的示例性实施例的超声波传感器阵列的激励装置中,激励装置的激励电路没有驱动电流的要求,从而提高了超声波传感器阵列的激励装置的适用性。此外,通过对信号进行调谐,提高了超声波传感器阵列的激励装置的能量的利用率。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明,但是本领域的技术人员应该理解,在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (4)
1.一种超声波传感器阵列的激励装置,包括:信号产生器和多个激励电路,
其中,每个激励电路对应于超声波传感器阵列中的一个超声波传感器,
激励电路包括:金属氧化物半导体场效应晶体管、分压器和输出器,
其中,信号产生器从外部接收激励数据,响应于激励数据输出激励输入信号到激励电路,所述激励数据包括对应于每个超声波传感器的延时时间、波形数据;
金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极接收激励输入信号,金属氧化物半导体场效应晶体管的源极接地,金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极输出激励内部信号,
输出器包括:
升压器,将激励内部信号进行升压,将升压后的激励内部信号作为激励输出信号输出;
调谐器,对激励输出信号进行调谐,将调谐后的激励输出信号作为激励信号输出到相应的超声波传感器;
信号产生器包括:
寄存器组,存储从外部接收到的延迟时间,其中,寄存器组中的每个寄存器对应一个超声波传感器,每个寄存器中存储相应的超声波传感器的激励数据;
计数器,进行计时,当计时的时间达到存储的任一超声波传感器的延迟时间时,产生与所述任一超声波传感器相应的使能信号;
波形发生器,响应于所述使能信号,根据与所述任一超声波传感器相应的波形数据产生与所述任一超声波传感器相应的激励输入信号,并将产生的激励输入信号输出到与所述任一超声波传感器相应的激励电路;
所述分压器用于接收激励输入信号,将接收的激励输入信号进行分压,并将分压后的激励输入信号输出到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极,所述分压器包括第二电阻器、第三电阻器,第二电阻器的第一连接端连接到信号产生器的输出端,第二电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极,第三电阻器的第一连接端连接到第二电阻器的第二连接端,第三电阻器的第二连接端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的源级。
2.如权利要求1所述的激励装置,其中,所述波形数据包括占空比数据、预定周期内的波形个数。
3.如权利要求1所述的激励装置,其中,所述升压器包括:变压器、第一电阻器,
其中,变压器的第一输入端连接到金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极,变压器的第二输入端连接到第一电阻器的第一连接端,变压器的第一输出端连接到相应的超声波传感器的第一输入端,变压器的第二输出端连接到相应的超声波传感器的第二输入端,并且,变压器的第二输出端接地,
第一电阻器的第二连接端连接到外部的上拉电压,
其中,所述调谐器并联在变压器的第一输出端和第二输出端之间。
4.如权利要求3所述的激励装置,其中,所述调谐器为电阻器。
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