CN112498698A - 一种用于超声结冰探测的激励电路及超声结冰探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超声结冰探测的激励电路及超声结冰探测器。包括N沟道MOS场效应管Q1，栅极G为信号输入端，源极S接地，漏极D分别与限流电阻R1和储能电容C1的一端连接，限流电阻R1的另一端接VCC电压，储能电容C1另一端与输出电阻R2一端连接，输出电阻R2另一端接地，输出电阻R2上加载的电压即为输出电压。本发明具有体积重量小、成本低、确保飞机气动外形、探测范围大和探测精度高的特点。
Description
技术领域
本发明属于飞机结冰探测技术领域，涉及一种用于超声结冰探测的激励电路及超声结冰探测器。
背景技术
超声结冰探测属于飞机结冰探测领域中的一种结冰探测方式。在超声结冰探测中，超声波换能器如何激励，即如何使超声波换能器发出超声波信号是超声结冰探测器设计过程中必须解决的关键技术。超声波换能器的激励需要高压窄脉冲信号。目前常用在探测器内放入高压开关电源产生高压窄脉冲信号的方式激励超声波换能器。该方式存在体积重量均较大、成本高的缺点。
发明内容
本发明的目的是：提供了一种用于超声结冰探测的激励电路及超声结冰探测器。本发明具有体积重量小、成本低、确保飞机气动外形、探测范围大和探测精度高的特点。
本发明的技术方案是：一种用于超声结冰探测的激励电路,包括N沟道MOS场效应管Q1，栅极G为信号输入端，源极S接地，漏极D分别与限流电阻R1和储能电容C1的一端连接，限流电阻R1的另一端接VCC电压，储能电容C1另一端与输出电阻R2一端连接，输出电阻R2另一端接地，输出电阻R2上加载的电压即为输出电压。
前述的用于超声结冰探测的激励电路中，所述的储能电容C1另一端与二极管D1正极连接，二极管D1负极与N沟道MOS场效应管Q1的源极S连接。
前述的用于超声结冰探测的激励电路中，所述的储能电容C1另一端与还与二极管D2负极连接，二极管D2正极与所述的输出电阻R2一端连接。
前述的用于超声结冰探测的激励电路中，所述的VCC电压的范围为：100≤VCC电压≤300V。
前述的用于超声结冰探测的激励电路中，所述的信号输入端接收的信号为PWM信号。
前述的用于超声结冰探测的激励电路中，所述的N沟道MOS场效应管Q1的型号为IRFBC40型。
前述的激励电路制作的超声结冰探测器，包括超声波换能器，超声波换能器的输入端与激励电路的输出端连接，输出端与限幅电路模块输入端连接，限幅电路模块输出端与放大电路模块输入端连接，放大电路模块输出端与数据处理模块连接。
前述的超声结冰探测器中，所述的超声波换能器的型号为EasyNDT公司的T15-6R，限幅电路模块的型号为1N4148型限幅电路模块，放大电路模块的型号为AD603压控增益放大器模块，数据处理模块的型号为QT7135DC高速采集卡。
本发明的优点是：本发明的激励电路中高压电源经过限流电阻作用在场效应管和储能电容两端，通过控制场效应管的开断，继而控制高压电源对储能电容进行充放电。充电时，作用在输出电阻上的电压为0V，放电时，作用在输出电阻上的电压为150V；该方式采用了非调谐式发射电路代替传统的高压开关电源产生高压窄脉冲信号来对超声波换能器进行激励，大大减轻了超声结冰探测器的重量，降低了探测器体积和成本。同时对于减重和空间利用非常严苛的飞机而言，实现了很好地设计优化。
本发明由于采用的非调谐式发射电路元器件少，因此电磁干扰较少，降低了飞机抗电磁干扰的设计难度，可靠性强。同时，其结构、原理相对简单，因此调试更为容易。
本发明的超声波探测器可以与飞机表面齐平，保证了飞机的气动外形。同时探测的冰层厚度范围更大，精度更高。
综上所述，本发明具有体积重量小、成本低、确保飞机气动外形、探测范围大和探测精度高的特点。
附图说明
图1是本发明激励电路的电路图；
图2是本发明超声结冰探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种用于超声结冰探测的激励电路，构成如图1所示，包括N沟道MOS场效应管Q1，栅极G为信号输入端，源极S接地，漏极D分别与限流电阻R1和储能电容C1的一端连接，限流电阻R1的另一端接VCC电压，储能电容C1另一端与输出电阻R2一端连接，输出电阻R2另一端接地，输出电阻R2上加载的电压即为输出电压，以形成高压窄脉冲信号输出。该激励电路为非调谐式电路，其结构、原理简单，干扰少，可靠性强，因为电路为，调试容易。
高压电源经过限流电阻作用在场效应管和储能电容两端，通过控制场效应管的开断，继而控制高压电源对储能电容进行充放电。充电时，作用在输出电阻上的电压为0V，放电时，作用在输出电阻上的电压为150V，以此形成高压窄脉冲信号。
前述的储能电容C1另一端与二极管D1正极连接，二极管D1负极与N沟道MOS场效应管Q1的源极S连接。该结构能够防止反向电动势，增强抗干扰能力。
前述的储能电容C1另一端与还与二极管D2负极连接，二极管D2正极与所述的输出电阻R2一端连接。该结构能够防止反向电动势，增强抗干扰能力。
前述的二极管为耐高压快反二级管，通过耐高压快反二级管能有效滤除电路中的充电杂波。
前述的限流电阻为耐高压电阻；储能电容为耐高压电容；场效应管为耐高压场效应管；输出电阻也为耐高压电阻。
前述的VCC电压的范围为：100≤VCC电压≤300V。该电压通过28V转150V的DC/DC转换芯片即可实现，无需用传统的高压程控电源供电，有效减轻了重量，缩小了体积。
前述的信号输入端接收的信号为PWM信号。本发明通过改变PWM信号的频率和占空比即可改变超声波探测的结冰采样时间，无需改变电路结构，使用方便。
前述的N沟道MOS场效应管Q1的型号为IRFBC40型。本发明利用该场效应管耐高压、开关速度快的特性，大大促进了高压窄脉冲的触发产生。
实施例2。一种使用实施例1的激励电路制作的超声结冰探测器，构成如图2所示，包括超声波换能器，超声波换能器的输入端与激励电路的输出端连接，输出端与限幅电路模块输入端连接，限幅电路模块输出端与放大电路模块输入端连接，放大电路模块输出端与数据处理模块连接。本发明的超声波探测器，相对传统频率探测器而言(传统频率探测器需伸出飞机表面一定高度才能探测)，可以与飞机表面齐平，有效保证了飞机的气动外形。同时探测的冰层厚度范围更大，精度更高。
所述的激励电路完成超声波换能器的激励，限幅电路模块完成超声波换能器反馈信号的电压限幅，放大电路模块将隔离后的电压放大至可识别的信号。具体地，激励电路将150V高压电源通过场效应管控制电容充放电转换成150V高压窄脉冲信号。
前述的超声波换能器的型号为EasyNDT公司的T15-6R，限幅电路模块的型号为1N4148型限幅电路模块，放大电路模块的型号为AD603压控增益放大器模块，数据处理模块的型号为QT7135DC高速采集卡。产生PWM信号的PWM波发生模块型号为FT-C6713型数字信号处理器，给超声波探测器供电的电源模块型号为ZHDC28S150DC/DC电源模块。
Claims (8)
1.一种用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，包括N沟道MOS场效应管Q1，栅极G为信号输入端，源极S接地，漏极D分别与限流电阻R1和储能电容C1的一端连接，限流电阻R1的另一端接VCC电压，储能电容C1另一端与输出电阻R2一端连接，输出电阻R2另一端接地，输出电阻R2上加载的电压即为输出电压。
2.根据权利要求1所述的用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，所述的储能电容C1另一端与二极管D1正极连接，二极管D1负极与N沟道MOS场效应管Q1的源极S连接。
3.根据权利要求2所述的用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，所述的储能电容C1另一端与还与二极管D2负极连接，二极管D2正极与所述的输出电阻R2一端连接。
4.根据权利要求1所述的用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，所述的VCC电压的范围为：100≤VCC电压≤300V。
5.根据权利要求1所述的用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，所述的信号输入端接收的信号为PWM信号。
6.根据权利要求1所述的用于超声结冰探测的激励电路，其特征在于，所述的N沟道MOS场效应管Q1的型号为IRFBC40型。
7.一种使用权利要求1-6所述激励电路制作的超声结冰探测器，其特征在于，包括超声波换能器，超声波换能器的输入端与激励电路的输出端连接，输出端与限幅电路模块输入端连接，限幅电路模块输出端与放大电路模块输入端连接，放大电路模块输出端与数据处理模块连接。
8.根据权利要求7所述的超声结冰探测器，其特征在于，所述的超声波换能器的型号为EasyNDT公司的T15-6R，限幅电路模块的型号为1N4148型限幅电路模块，放大电路模块的型号为AD603压控增益放大器模块，数据处理模块的型号为QT7135DC高速采集卡。
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