CN106257235B - 脉冲式电磁超声大功率激励源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲式电磁超声大功率激励源。其中，该脉冲式电磁超声大功率激励源主要用于：通过高端驱动电路输出的一路周期性方波脉冲信号，用以驱动高端开关电路中能量转换器件的导通；并通过低端驱动电路输出周期相同，但极性相反的另一路周期性方波脉冲信号，用以驱动低端开关电路中能量转换器件的导通；然后，通过低端开关电路和高端开关电路中能量转换器件的交替导通，能够使得选频电路组合成有限周期激励信号，即目标信号，该目标信号用于激励电磁超声换能器生成超声波。本发明解决了现有的脉冲式电磁超声大功率激励源难以在低功耗、小体积的条件下发射大功率激励信号的问题。

Description

脉冲式电磁超声大功率激励源

技术领域

本发明涉及检测领域，具体而言，涉及一种脉冲式电磁超声大功率激励源。

背景技术

现有的大量金属管道在使用过程中，由于服役环境条件恶劣，会导致管壁减薄，因此，需要定期对金属管道进行检测。相对于传统的压电超声检测技术而言，电磁超声检测技术具有无需打磨管道表面、无需耦合剂、适用于高温检测等优点，使得该技术特别适合于金属管道剩余壁厚的检测。然而，由于换能机理的限制，电磁超声传感器电-声能量转换效率较低，从而导致电磁超声检测信号非常微弱，常淹没于噪声之中。为提高电磁超声检测信号的信噪比，提高电磁超声传感器的激励能量是解决该问题的有效办法。

在现有技术中，主要通过线性放大方法来实现电磁超声(导)波的激励，但是，线性放大方法会导致仪器功耗、发热量、体积均较大。进一步地，为了减小仪器功耗和发热量，现有技术中，采用了门控方式来实现线性放大电路在发射信号的瞬间正常工作，而在其它时间仪器处于关闭状态，上述门控的方式能在一定程度降低功耗、减小发热量。但是，由于线性功率放大电路的能量转换效率较低，采用该类放大电路结构时需将多个功率晶体管线性放大电路的输出功率进行合成以提高整个输出功率，导致仪器体积难以有效减小。

针对金属管壁现场测厚的场合，在仪器功耗、体积均较小的条件下使得脉冲式电磁超声大功率激励源依然能发射较大的瞬态输出功率，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种脉冲式电磁超声大功率激励源，以解决现有的脉冲式电磁超声大功率激励源难以在低功耗、小体积的前提下发射大功率激励信号问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种脉冲式电磁超声大功率激励源，包括：驱动电路，用于生成多路初始信号，并将生成的所述多路初始信号进行放大，得到放大之后的所述多路初始信号；开关电路，所述开关电路与所述驱动电路相连接，其中，所述开关电路依据放大之后的所述多路初始信号调整运行状态，其中，所述运行状态包括导通或者关断；选频电路，所述选频电路的第一端与所述开关电路的输出端相连接，所述选频电路的第二端连接电磁超声换能器，其中，所述选频电路依据所述运行状态输出目标信号，其中，所述目标信号用于激励所述电磁超声换能器在待检结构中生成超声波。

进一步地，所述多路初始信号包括第一初始信号和第二初始信号，所述驱动电路包括：高端驱动电路，用于生成所述第一初始信号，并对所述第一初始信号进行放大，得到第一电压信号，其中，所述第一初始信号为所述多路初始信号中的第一路初始信号；低端驱动电路，用于生成所述第二初始信号，并对所述第二初始信号进行放大，得到第二电压信号，其中，所述第二初始信号为所述多路初始信号中的第二路初始信号，其中，所述第一初始信号和所述第二初始信号为极性不相同的初始信号，所述第一初始信号和所述第二初始信号的周期数相同。

进一步地，所述开关电路包括：高端开关电路，所述高端开关电路的输入端与所述高端驱动电路的输出端相连接，其中，当加载在所述高端开关电路输入端与所述选频电路第一端之间的第一电压信号的电压值满足第一预设电压时，所述高端开关电路导通；低端开关电路，所述低端开关电路的输入端与所述低端驱动电路的输出端相连接，其中，当加载在所述低端开关电路输入端与地电位之间的第二电压信号的电压值满足第二预设电压时，所述低端开关电路导通。

进一步地，所述高端开关电路包括第一场效应管开关电路，所述低端开关电路包括第二场效应管开关电路。

进一步地，所述第一场效应管开关电路包括至少一个第一场效应管，其中，所述至少一个第一场效应管中每个第一场效应管的栅极相连接，所述每个第一场效应管的漏极相连接，所述每个第一场效应管的源极相连接；所述第二场效应管开关电路包括至少一个第二场效应管，其中，所述至少一个第二场效应管中每个第二场效应管的栅极相连接，所述每个第二场效应管的漏极相连接，所述每个第二场效应管的源极相连接。

进一步地，所述高端驱动电路包括：信号发生器，用于生成所述第一初始信号；

第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的第一端与所述信号发生器的第一信号发送端相连接，所述第一光电耦合器的第二端接数字地，所述第一光电耦合器用于隔离所述信号发生器中的数字电路对所述脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，所述第一信号发送端用于发送第一初始信号；第一场效应管驱动电路，所述第一场效应管驱动电路的输入端与所述第一光电耦合器的第一输出端相连接，所述第一场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及所述第一光电耦合器的第二输出端与所述第一场效应管的源极相连接，所述第一场效应管驱动电路的输出端与所述每个第一场效应管的栅极相连接，用于向所述每个第一场效应管的栅极输出所述第一电压信号，其中，所述第一电压信号用于驱动所述每个第一场效应管导通或关断。

进一步地，所述低端驱动电路包括：信号发生器，用于生成所述第二初始信号；第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的第一端与所述信号发生器的第二信号发送端相连接，所述第二光电耦合器的第二端接数字地，所述第二光电耦合器用于隔离所述信号发生器中的数字电路对所述脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，所述第二信号发送端用于发送第二初始信号；第二场效应管驱动电路，所述第二场效应管驱动电路的输入端与所述第二光电耦合器的输出端相连接，所述第二场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及所述第二光电耦合器的第二输出端接地，所述第二场效应管驱动电路的输出端与每个第二场效应管的栅极相连接，用于向所述每个第二场效应管的栅极输出所述第二电压信号，其中，所述第二电压信号用于驱动所述第二场效应管导通或关断。

进一步地，还包括：电源电路，所述电源电路的第一端与所述第一场效应管开关电路的漏极相连接，所述电源电路的第二端接地，所述电源电路用于为第一场效应管开关电路提供高电压信号。

进一步地，所述第一场效应管开关电路包括多个场效应管，所述第二场效应管开关电路中包括多个场效应管，还包括：第一抑制电路，所述第一抑制电路的第一端与所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的漏极相连接，所述第一抑制电路的第二端与所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的源极相连接，所述第一抑制电路用于抑制所述第一场效应管开关电路产生的尖峰抖动；第二抑制电路，所述第二抑制电路的第一端与所述第二场效应管开关电路中每个场效应管的漏极相连接，所述第二抑制电路的第二端与所述第二场效应管开关电路中每个场效应管的源极相连接，所述第二抑制电路用于抑制所述第二场效应管开关电路产生的尖峰抖动。

进一步地，所述抑制电路包括第一电容，电阻和二极管，其中，所述第一电容和所述二极管串联，并且并联在所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的漏极和源极的两端，所述电阻并联在所述二极管的两端。

进一步地，所述选频电路包括第二电容和变压器，其中，所述第二电容的第一端与所述第一场效应管开关电路的源极相连接，所述第二电容的第二端与所述变压器原边的第一端相连接；所述变压器原边的第二端接地，所述变压器副边的第一端与所述电磁超声换能器的第一端相连接，所述变压器副边的第二端接地。

进一步地，所述信号发生器包括现场可编程门阵列。

在本发明实施例中，采用驱动电路，用于生成多路初始信号，并将生成的所述多路初始信号进行放大，得到放大之后的所述多路初始信号；开关电路，所述开关电路与所述驱动电路相连接，其中，所述开关电路依据放大之后的所述多路初始信号调整运行状态，其中，所述运行状态包括导通或者关断；选频电路，所述选频电路的输入端与所述开关电路的输出端相连接，所述选频电路的输出端连接电磁超声换能器，其中，所述选频电路依据所述运行状态输出目标信号，其中，所述目标信号用于激励所述电磁超声换能器在待检结构中生成超声波的方式，通过驱动电路对信号发生器生成的多路初始信号进行放大，并根据放大之后的多路初始信号控制开关电路的运行状态，最后，根据开关电路的运行状态控制选频电路生成目标信号，以通过目标信号激励电磁超声换能器生成超声信号，达到了使用脉冲式电磁超声大功率激励源激励生成超声波的目的，从而实现了提高脉冲式电磁超声大功率激励源的工作性能的技术效果，进而解决了有的脉冲式电磁超声大功率激励源的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种脉冲式电磁超声大功率激励源的示意图；

图2是根据本发明实施例的另一种可选地脉冲式电磁超声大功率激励源的示意图；

图3是根据本发明实施例的另一种可选地脉冲式电磁超声大功率激励源的示意图；以及

图4是根据本发明实施例的一种目标信号的波形示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种脉冲式电磁超声大功率激励源的实施例。

图1是根据本发明实施例的一种脉冲式电磁超声大功率激励源的示意图，如图1所示，该脉冲式电磁超声大功率激励源主要包括：驱动电路101、开关电路103和选频电路105，其中，

驱动电路101，用于生成多路初始信号，并将生成的多路初始信号进行放大，得到放大之后的多路初始信号。

在本发明实施例中，初始信号为电压信号，优选地，初始信号为周期性方波信号，且周期数为有限个。因此，在本发明中，采用驱动电路按照预设频率发射有限个周期方波信号，其中，发射的有限个周期方波信号的频率和占空比为预先设定好的。

开关电路103，与驱动电路101相连接，其中，开关电路依据放大之后的两路初始信号调整运行状态，其中，运行状态包括导通或者关断。

选频电路105，其中，选频电路的第一端与开关电路的输出端相连接，选频电路的第二端连接电磁超声换能器，其中，选频电路依据运行状态生成目标信号，其中，目标信号用于激励电磁超声换能器生成超声波。

在本发明实施例中，通过驱动电路对信号发生器生成的多路初始信号进行放大，并根据放大之后的多路初始信号控制开关电路的运行状态，最后，根据开关电路的运行状态控制选频电路生成目标信号，以通过目标信号激励电磁超声换能器在待检结构中产生超声波，达到了使用脉冲式电磁超声大功率激励源激励生成超声波的目的，从而实现了提高脉冲式电磁超声大功率激励源的工作性能的技术效果，进而解决了现有的脉冲式电磁超声大功率激励源难以在低功耗、小体积的条件下发射大功率激励信号的技术问题。

在如图1所示的脉冲式电磁超声大功率激励源中，驱动电路101包括两个驱动电路，分别为高端驱动电路和低端驱动电路，其中，如图1所示，信号发生器1011和1021组成高端驱动电路，信号发生器1011和1022组成低端驱动电路，具体地，1021和1022将在下述实施例中进行详细说明。开关电路103也包括两个开关电路，分别为高端开关电路1031和低端开关电路1032。从图1中可以看出，驱动电路的数量与初始信号的数量相等，驱动电路的数量和开关电路的数量相等。从图1中还可以看出，高端驱动电路用于对一路初始信号(第一初始信号)进行放大，得到放大之后的初始信号，以驱动高端开关电路1031；低端驱动电路用于对另一路初始信号(即，第二初始信号)进行放大，得到放大之后的初始信号，以驱动低端开关电路1032。

具体地，如图1所示，高端驱动电路用于生成第一初始信号，并通过对第一初始信号进行放大，得到第一电压信号，其中，第一初始信号为多路初始信号中的第一路初始信号；

低端驱动电路用于生成第二初始信号，并对第二初始信号进行放大，得到第二电压信号，其中，第二初始信号为多路初始信号中的第二路初始信号，其中，第一初始信号和第二初始信号为极性相反的初始信号，并且第一初始信号和第二初始信号的周期相同，均为有限个周期性方波信号。

如图1所示，高端开关电路1031的端口3与高端驱动电路的输出端(即，图1中所示的3’端口)相连接，高端开关电路1031端口4与高端驱动电路的接地端(即，图1中所示的4’端口)相连接。从图1中可以看出，端口4和端口4’未直接接地，因此，高端驱动电路是以悬浮驱动的方式加载在高端开关的两端，其中，当加载在高端开关电路1031的第一电压信号的电压值满足第一预设电压时，高端开关电路1031导通；

低端开关电路1032的端口5与低端驱动电路的输出端(即，图1中所示的5’端口)相连接，低端开关电路1032的端口6与低端驱动电路的输出端(即，图1中所示的6’端口)相连接。从图1中可以看出，端口6和端口6’直接接地，因此，低端驱动电路驱动低端开关电路的方式不属于悬浮驱动，其中，当加载在低端开关电路1032两端(即，端口5和端口6两端)的第二电压信号的电压值满足第二预设电压时，低端开关电路1032导通。

在本发明实施例中，脉冲式电磁超声大功率激励源还包括：电源电路107，如图1所示，电源电路107的第一端与高端开关电路1031相连接，电源电路的第二端接地，上述电源电路主要用于为选频电路提供高电压信号。

在本发明实施例中，上述信号发生器1011按照设定的频率发射两路反向的有限个周期方波信号，即，通过输出端1输出第一初始信号，通过输出端2输出第二初始信号)，其中，发射的两路极性反向的有限个周期性方波的频率和占空比为预先设定的。

高端驱动电路主要用于接收第一信号输出端1输出的一路多个周期方波信号(即，第一初始信号)，并对其进行功率放大，得到第一电压信号，然后，将功率放大后的多个周期性方波信号直接加载在高端开关电路1031的输入级和选频电路的输入端，形成悬浮驱动。低端驱动电路主要用于接收第二信号输出端2输出的另一路极性反向的多个周期方波信号(即，第二初始信号)，得到第二电压信号，并对其进行功率放大，并将功率放大后的多个周期性方波信号直接加载在低端开关电路1032的输入级和地电位之间。

如图1所示，高端驱动电路(即，图1中1011和1021的组成部分)输出的高电平信号(即，第一电压信号)用于控制高端开关电路中1031中能量转换器件的导通。在高端开关电路1031中的能量转换器件导通时，选频电路105通过端口7与高压电源107导通，此时，将在选频电路105输出端形成高电压脉冲信号，而低端驱动电路(即，图1中1011和1022的组成部分)输出的低电平信号(即，第二电压信号)用于控制低开关电路1032中能量转换器件的截止。需要说明的是，在此情况下，选频电路105的端口7(即，选频电路的第一端)是高电位，选频电路105的端口8(即，选频电路的第二端)是低电位，因此，就可以在选频电路105中的变压器(将在下述实施例中进行说明)的副边感应出高压，并提供给电磁超声换能器。

如图1所示，高端驱动电路(即，图1中1011和1022的组成部分)输出的高电平信号(即，第二电压信号)用于控制低端开关电路中1032中能量转换器件的导通。在低端开关电路中的能量转换器件导通时，选频电路的输入端与地电位在此期间导通，此时，将在选频电路105输出端形成低电位，而高端驱动电路(即，图1中1011和1021的组成部分)输出的低电平信号(即，第一电压信号)用于控制高开关电路1031中能量转换器件的截止。需要说明是，在此情况下，选频电路105的端口7是低电位(即，选频电路的第一端)，选频电路105的端口8(即，选频电路的第二端)同样是低电位，因此，在选频电路105中变压器(将在下述实施例中进行说明)的副边感应出的电压近似为0，因此，提供给电磁超声换能器近似为0的低电压。

进而，选频电路将来自高端开关电路中能量转换器件的高电压脉冲与来自低端开关电路中能量转换器件的低电位组合而成的有限周期方波信号(即，目标信号)，再经过选频之后提供给电磁超声换能器106。

采用本发明实施例提供的脉冲式电磁超声大功率激励源作为电磁超声传感器的激励源，能够有效减小仪器的功耗和体积，便于便携式测厚仪器的小型化。

作为本发明实施例的一个可选实施方式中，可以将图1等效为如图2的电路图，图2是根据本发明实施例的一种可选的脉冲式电磁超声大功率激励源的示意图。

在本发明的一个可选实施方式中，图1中高端驱动电路(即，图1中1011和1021的组成部分)输出的第一电压信号可等效为图2中信号源V1发射的有限个周期方波信号；图1中低端驱动电路(即，图1中1011和1022的组成部分)输出的第二电压信号可等效为信号源V2发射的有限个周期方波信号，也就是说，高端驱动电路等效为图2中的信号源V1，低端驱动电路等效为图2中的信号源V2。从图2中可以看出，信号源V1与信号源V2不相同的地方在于，信号源V1连接在M1的栅极和源极，以形成悬浮驱动，其中，M1的源极未接地；信号源V2同样连接在M2的栅极和源极，但是，M2的源极接地，因此，驱动方式并不是悬浮驱动。需要说明的是，上述信号源V1和信号源V2均为理想信号源。

在本发明的一个可选实施方式中，高端开关电路1031包括第一场效应管开关电路，其中，第一场效应管开关电路由N沟道功率场效应管M1组成；低端开关电路1032包括第二场效应管开关电路，其中，第二场效应管驱动由N沟道功率场效应管M2。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一场效应管开关电路可以包括至少一个第一场效应管，其中，至少一个第一场效应管中每个第一场效应管的栅极相连接，每个第一场效应管的漏极相连接，每个第一场效应管的源极相连接；第二场效应管开关电路包括至少一个第二场效应管，其中，至少一个第二场效应管中每个场效应管的栅极相连接，每个场效应管的漏极相连接，每个场效应管的源极相连接。

也就是说，1031可以由N个场效应管并联在一起形成第一场效应管开关电路；1032可以由M个场效应管并联在一起形成第二场效应管开关电路，其中，N和M均为大于等于1的正整数。

在本发明的一个可选实施方式中，脉冲式电磁超声大功率激励源还包括：电源电路107(在图2中未示出)，电源电路107的第一端VH与第一场效应管开关电路中M1的漏极相连接，电源电路的第二端接地，其中，电源电路用于为选频电路105提供高电压信号。

在本发明的一个可选实施方式中，脉冲式电磁超声大功率激励源还包括：并联在高端开关电路1031两端的第一抑制电路1081和并联在低端开关电路1032两端的第二抑制电路1082，如果第一场效应管开关电路(即，高端开关电路1031)包括多个场效应管，第二场效应管开关电路中(即，低端开关电路1032)包括多个场效应管，那么，第一抑制电路的第一端与第一场效应管开关电路中每个管的漏极相连接，第一抑制电路的第二端与第一场效应管开关电路中每个管的源极相连接，第一抑制电路用于抑制第一场效应管开关电路产生的尖峰抖动；第二抑制电路的第一端与第二场效应管开关电路中每个管的漏极相连接，第二抑制电路的第二端与第二场效应管开关电路中每个管的源极相连接，第二抑制电路用于抑制第二场效应管开关电路产生的尖峰抖动。

在如图2所示的电路中，第一场效应管开关电路(即，高端开关电路1031)中包括一个N沟道功率场效应管M1，第二场效应管开关电路(即，低端开关电路1032)中包括一个N沟道功率场效应管M2。具体地，第一抑制电路与M1，第二抑制电路与M2之间的连接关系如下：

第一抑制电路1081的第一端与第一N沟道功率场效应管M1的漏极相连接，第一抑制电路1081的第二端与第一N沟道功率场效应管M1的源极相连接，第一抑制电路1081用于抑制第一场N沟道功率场效应管M1的产生的尖峰抖动；第二抑制电路1082的第一端与第二N沟道功率场效应管M2的漏极相连接，第二抑制电路1082的第二端与第二N沟道功率场效应管M2的源极相连接，第二抑制电路1082用于抑制第二N沟道功率场效应管M2的产生的尖峰抖动。

在本发明实施例中，从图2中可以看出，第一抑制电路1071和第二抑制电路1072的为相同的电路，也就是说，上述第一抑制电路和第二抑制电路均包括如下结构：第一电容，电阻和二极管，其中，第一电容和所述二极管串联，并且并联在第一场效应管驱动芯片的漏极和源极的两端，电阻并联在所述二极管的两端。具体地，如图2所示，第一抑制电路1071包括第一电容C1、电阻R1和二极管D1；第二抑制电路包括第一电容C2、电阻R2和二极管D2。

在本发明的一个可选实施方式中，如图2所示，在本发明实施例中，选频电路105包括：第二电容C3和变压器TX，其中，第二电容C3的第一端与第一场效应管开关电路中M1的源极相连接，第二电容的第二端与变压器TX原边的第一端(即，原边的符号1)相连接；以及变压器原边的第二端(即，原边的符号2)接地，变压器副边的第一端(即，副边的符号1)与电磁超声换能器(即，负载Load)的第一端相连接，变压器副边的第二端(即，副边的符号1)接地。

如图2所示的脉冲式电磁超声大功率激励源的工作原理如下：

V1的低压输出端悬浮加载在选频电路105的第一端(即，第二电容C3的第一端)，V1的高压输出端加载在N沟道功率场效应管M1(即，第一场效应管M1)的栅极。当V1输出周期性方波时，V1输出的周期性方波中的高电平驱动信号在N沟道功率场效应管M1的栅极和源极形成一定的压差(即，上述第一预设电压)，使得N沟道功率场效应管M1的漏极和源极导通。在场效应管M1的漏极和源极导通的情况下，将C3的一端经M1的导通电阻与高压电源VH导通，从而为选频电路提供高压输出信号(即，目标信号)，此时，场效应管M2处于关闭状态。

V2的低压输出端加载在地电位，V2的高压输出端加载在N沟道功率场效应管M2(即，第二场效应管M2)的栅极，V2输出的周期性方波中的高电平驱动信号在N沟道功率场效应管M2的栅极和源极形成一定的压差(即，上述第二预设电压)，使得N沟道功率场效应管M2的漏极和源极导通。在场效应管M2的漏极和源极导通的情况下，将C3的一端经M2的导通电阻与地电位导通，从而为选频网络提供地电位输出信号(即，目标信号)，此时，场效应管M1应处于关闭状态。

因此，在本发明实施例中，通过M1和M2的交替通断，能够形成如图4所示的波形图，其中，图4所示的波形图即为选频电路输出的目标信号的波形图。从图4中可以看出，当场效应管M1导通，场效应管M2关断，此时，加载在选频电路两端的电压值可达482V。当场效应管M1关断，场效应管M2导通，此时，选频电路经过场效应管M2接地，即，选频电路输出的电压值约等于0V。

在本发明的一个可选实施方式中，图1中所示的脉冲式电磁超声大功率激励源可以采用图3中所示的脉冲式电磁超声大功率激励源来具体实现，下面将结合图3对另一种可选的脉冲式电磁超声大功率激励源的具体实施进行说明。

可选地，上述高端驱动电路包括：信号发生器1011、第一光电耦合器ISO1和第一驱动电路Driver1，其中，第一光电耦合器ISO1和第一场效应管驱动电路Driver1即图1中的1021所示的部分，具体地：

第一光电耦合器ISO1的第一端OUT_H与信号发生器第一端相连接，第一光电耦合器的第二端接数字地，第一光电耦合器用于隔离所述信号发生器中的数字电路对所述脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，第一信号发送端用于发送第一初始信号；

第一场效应管驱动电路Driver1的输入端与第一光电耦合器的第一输出端相连接，第一场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及第一光电耦合器的第二输出端与每个第一场效应管的源极相连接，每个第一场效应管驱动电路的输出端与每个第一场效应管的栅极相连接，用于向每个第一场效应管的栅极输出第一电压信号，其中，第一电压信号用于驱动每个第一场效应管导通或关断。

可选地，低端驱动电路包括：信号发生器1011、第二光电耦合器ISO2和第二驱动电路Driver2，其中，第二光电耦合器ISO2和第二场效应管驱动电路Driver2即图1中1022所示的部分，具体地：

第二光电耦合器ISO2的第一端OUT_L与信号发生器第二信号发送端相连接，第二光电耦合器的第二端接数字地，第二光电耦合器用于隔离信号发生器中的数字电路对脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，第二信号发送端用于发送第二初始信号；

第二场效应管驱动电路Driver2的第一输入端与第二光电耦合器的输出端相连接，第二场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及第二光电耦合器的第二输出端接地，第二场效应管驱动电路的输出端与每个第二场效应管的栅极相连接，用于向每个第二场效应管的栅极输出第二电压信号，其中，第二电压信号用于驱动每个第二场效应管导通或关断。

可选地，在本发明实施例提供的脉冲式电磁超声大功率激励源中，上述信号发生器可选取为现场可编程门阵列FPGA。如图3所示，FPGA包括两个输出(即，I/O1和I/O2)，I/O1用于输出第一初始信号，I/O2用于输出第二初始信号。

FPGA、光耦隔离器件ISO1(第一光电耦合器)和第一驱动电路Driver1(第一场效应管驱动电路)共同构成高端驱动电路。从图3中可以看出，FPGA的管脚1与ISO1的端口2(即，第一光电耦合器的第一端)相连接，ISO1的端口3(即，第一光电耦合器的第二端)接数字地，ISO1的端口6(即，第一光电耦合器的第一输出端)与Driver1的IN端口相连接，用于将隔离之后的第一初始信号输入至Driver1中。由Driver1端口6和端口7组成的输出端与第一场效应管M1的栅极相连接。第一场效应管驱动电路Driver1的接地端(即，端口5和端口4)，以及ISO1的端口5(即，第一光电耦合器的第二输出端)与选频电路中的第二电容C3的第一端(即，左端)相连接。

FPGA、光耦隔离器件ISO2(第二光电耦合器)和第二场效应管驱动电路Driver2(第二场效应管驱动电路)共同构成低端驱动电路。从图3中可以看出，FPGA的管脚2与ISO2的端口2(即，第二光电耦合器的第一端)相连接，ISO2的端口3(即，第二光电耦合器的第二端)接数字地，ISO2的端口6(即，第二光电耦合器的第一输出端)与Driver2的IN端口相连接，用于将隔离之后的第二初始信号输入至Driver2中。由Driver2端口6和端口7组成的输出端与第二场效应管M2的栅极相连接。第二场效应管驱动电路Driver2的接地端(即，端口5和端口4)，以及ISO2的端口5(即，第二光电耦合器的第二输出端)直接接地。

高端开关电路和第一抑制电路中包含高端能量转换器件M1，其中，M1为N沟道功率场效应管；第一抑制电路由D1、C1、R1构成。低端开关电路和第二抑制电路中包含低端能量转换器件M2，其中，M2为N沟道功率场效应管；第二抑制电路由D2、C2、R2构成的低端尖峰抑制电路。图3中，电容C3和变压器TX组成选频电路；Load为等效负载。

当FPGA的I/O1端口和I/O2端口分别发送极性相反的有限周期方波信号时，为了便于计算整个电路的输出功率，选取10Ω的大功率电阻作为负载，然后，测试Load端的输出电压(即，目标信号)，具体地，输出电压的波形图如图4所示。从图4可知，当M1导通时，输出的电压幅值可达482V，输出的目标信号的频率为2MHz，其最大瞬态输出功率可达23kW。

综上，采用本发明实施例提供的脉冲式电磁超声大功率激励源，有效地减小了仪器的功耗和体积，便于便携式测厚仪器的小型化。通过图4可知，本发明实施例中的脉冲式电磁超声大功率激励源可以输出大功率激励信号，解决了现有技术难以在低功耗、小体积的条件下发射大功率激励信号的问题。

进一步地，本发明实施例提出的脉冲式电磁超声大功率激励源，只需控制上述场效应管M1和场效应管M2的导通时间，就可以有效发射大功率周期数可调的有限周期方波信号，以激发电磁超声换能器生成超声波，进而根据激发的超声波实现金属管道的测厚检测。

总结起来，本发明实施例提供的脉冲式电磁超声大功率激励源主要包括以下优点：

从降低测试仪器的功耗和减小体积角度来说，由于电磁超声换能器属于感性负载，所包含的阻性负载较小，因此，线性放大方式在大功率信号的发射过程中能量转换器件(例如，上述M1和M2)一直处于大功耗状态；然而，在开关放大方式中，能量转换器件(例如，上述M1和M2)只在信号上升、下降阶段处于瞬时大功耗状态，而在发射信号的其它时间均处于低功耗，甚至无功耗状态,功耗降低之后，自然使得仪器的发热量减小，从而可进一步减小仪器体积。

从增大输出功率角度来说，方波放大电路利用能量转换器件的开关特性，在发射高压信号时使得输出级与高压电源接通，此时只有能量转换器件的导通电阻会耗费较小的额外功率，从而相对于线性放大电路，可有效增大输出功率。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，包括：

驱动电路，用于生成多路初始信号，并将生成的所述多路初始信号进行放大，得到放大之后的所述多路初始信号；

开关电路，所述开关电路与所述驱动电路相连接，其中，所述开关电路依据放大之后的所述多路初始信号调整运行状态，其中，所述运行状态包括导通或者关断；

选频电路，所述选频电路的第一端与所述开关电路的输出端相连接，所述选频电路的第二端连接电磁超声换能器，其中，所述选频电路依据所述运行状态输出目标信号，其中，所述目标信号用于激励所述电磁超声换能器在待检结构中生成超声波；

其中，所述多路初始信号包括第一初始信号和第二初始信号，所述驱动电路包括：

高端驱动电路，用于生成所述第一初始信号，并对所述第一初始信号进行放大，得到第一电压信号，其中，所述第一初始信号为所述多路初始信号中的第一路初始信号；

低端驱动电路，用于生成所述第二初始信号，并对所述第二初始信号进行放大，得到第二电压信号，其中，所述第二初始信号为所述多路初始信号中的第二路初始信号，其中，所述第一初始信号和所述第二初始信号为极性不相同的初始信号，所述第一初始信号和所述第二初始信号的周期数相同。

2.根据权利要求1所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述开关电路包括：

高端开关电路，所述高端开关电路的输入端与所述高端驱动电路的输出端相连接，其中，当加载在所述高端开关电路输入端与所述选频电路第一端之间的第一电压信号的电压值满足第一预设电压时，所述高端开关电路导通；

低端开关电路，所述低端开关电路的输入端与所述低端驱动电路的输出端相连接，其中，当加载在所述低端开关电路输入端与地电位之间的第二电压信号的电压值满足第二预设电压时，所述低端开关电路导通。

3.根据权利要求2所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述高端开关电路包括第一场效应管开关电路，所述低端开关电路包括第二场效应管开关电路。

4.根据权利要求3所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述第一场效应管开关电路包括至少一个第一场效应管，其中，所述至少一个第一场效应管中每个第一场效应管的栅极相连接，所述每个第一场效应管的漏极相连接，所述每个第一场效应管的源极相连接；所述第二场效应管开关电路包括至少一个第二场效应管，其中，所述至少一个第二场效应管中每个第二场效应管的栅极相连接，所述每个第二场效应管的漏极相连接，所述每个第二场效应管的源极相连接。

5.根据权利要求4所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述高端驱动电路包括：

信号发生器，用于生成所述第一初始信号；

第一光电耦合器，所述第一光电耦合器的第一端与所述信号发生器的第一信号发送端相连接，所述第一光电耦合器的第二端接数字地，所述第一光电耦合器用于隔离所述信号发生器中的数字电路对所述脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，所述第一信号发送端用于发送第一初始信号；

第一场效应管驱动电路，所述第一场效应管驱动电路的输入端与所述第一光电耦合器的第一输出端相连接，所述第一场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及所述第一光电耦合器的第二输出端与所述第一场效应管的源极相连接，所述第一场效应管驱动电路的输出端与所述每个第一场效应管的栅极相连接，用于向所述每个第一场效应管的栅极输出所述第一电压信号，其中，所述第一电压信号用于驱动所述每个第一场效应管导通或关断。

6.根据权利要求3所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述低端驱动电路包括：

信号发生器，用于生成所述第二初始信号；

第二光电耦合器，所述第二光电耦合器的第一端与所述信号发生器的第二信号发送端相连接，所述第二光电耦合器的第二端接数字地，所述第二光电耦合器用于隔离所述信号发生器中的数字电路对所述脉冲式电磁超声大功率激励源中的模拟电路的干扰，其中，所述第二信号发送端用于发送第二初始信号；

第二场效应管驱动电路，所述第二场效应管驱动电路的输入端与所述第二光电耦合器的第一输出端相连接，所述第二场效应管驱动电路的第一接地端和第二接地端，以及所述第二光电耦合器的第二输出端接地，所述第二场效应管驱动电路的输出端与每个第二场效应管的栅极相连接，用于向所述每个第二场效应管的栅极输出所述第二电压信号，其中，所述第二电压信号用于驱动所述第二场效应管导通或关断。

7.根据权利要求3所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，还包括：

电源电路，所述电源电路的第一端与所述第一场效应管开关电路的漏极相连接，所述电源电路的第二端接地，所述电源电路用于为第一场效应管开关电路提供高电压信号。

8.根据权利要求3所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述第一场效应管开关电路包括多个场效应管，所述第二场效应管开关电路中包括多个场效应管，还包括：

第一抑制电路，所述第一抑制电路的第一端与所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的漏极相连接，所述第一抑制电路的第二端与所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的源极相连接，所述第一抑制电路用于抑制所述第一场效应管开关电路产生的尖峰抖动；

第二抑制电路，所述第二抑制电路的第一端与所述第二场效应管开关电路中每个场效应管的漏极相连接，所述第二抑制电路的第二端与所述第二场效应管开关电路中每个场效应管的源极相连接，所述第二抑制电路用于抑制所述第二场效应管开关电路产生的尖峰抖动。

9.根据权利要求8所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述抑制电路包括第一电容，电阻和二极管，其中，所述第一电容和所述二极管串联，并且并联在所述第一场效应管开关电路中每个场效应管的漏极和源极的两端，所述电阻并联在所述二极管的两端。

10.根据权利要求3所述的脉冲式电磁超声大功率激励源，其特征在于，所述选频电路包括第二电容和变压器，其中，

所述第二电容的第一端与所述第一场效应管开关电路的源极相连接，所述第二电容的第二端与所述变压器原边的第一端相连接；

所述变压器原边的第二端接地，所述变压器副边的第一端与所述电磁超声换能器的第一端相连接，所述变压器副边的第二端接地。