CN1276268C - 基于开关网络的低噪声回波测距系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于开关网络的低噪声回波测距系统，由一套低噪声的能量球构成的超声波发射电路，低噪声接收电路，反馈控制电路和探头构成。超声波的电路结构设计为一种分时，分区和分频的开关隔离式的网络化电路结构，同现有技术相比，能彻底切断发射电路和其他电干扰信号对接收电路的电噪声影响，扩大了低噪声回波测距系统的测量范围；可连续调节的反馈式储能单元“能量调节球”，具有超声能量存储和高压激发的特点，实现了探头连续能量的自动增益控制，提高了系统的信噪比，解决了扩大量程与减少盲区这一对矛盾，实现了超声波常态功率发射条件下对各种困难信号的稳定接收。

Description

基于开关网络的低噪声回波测距系统

技术领域

本发明属于电子测量技术领域，特别是提供了一种基于开关网络的低噪声回波测距系统，适用于大量程低噪声超声波测距。

背景技术

现有的超声波物位测量，一般采用标准芯片或者可编程芯片作为控制器，如中国专利02270240.7《一种超声波测距装置》和93211624.8《一种超声波测距装置》的专利中，由超声波发射电路激励超声波换能器产生超声发射信号，信号再经过放大，滤波，检波等超声信号处理，完成一次测距任务。该标准芯片为标准集成电路，可以产生一系列矩形脉冲波，脉冲波经过变压器放大，在副边输出高压，驱动探头工作。超声信号的回波经反射后由回波接收电路接收。此时回波信号为一个尖脉冲，再经过电路的整形，成为一个脉冲宽度为几十个us的矩形脉冲。根据发射和接收脉冲的时间差即可测距。该电路的设计方法在工业现场实际使用时，由于收发电路中混入的多种电噪声信号，再加上有时真实目标物回波信号较弱，经过运放和检波整形，往往在回波区域出现多个矩形脉冲，系统难以识别真实有效脉冲信号的位置。因此该方法一般只适合在8米以内较为理想工况条件下的测距。

对于超过8米以上的测量范围，中国专利01252714.9《容器定点液位的超声波检测仪》采用直流稳压电源的升压电路，进一步提高变压器原边的供电电压，或者是增加变压器的匝数，以提高输出功率，增加探头的激励能量，这种方法依靠探头激励能量的增大，一般最远测距为0-20米。该方法的缺点是：伴随激励能量的增加，往往变压器两端的电压噪声，激励电压瞬间启动的尖脉冲噪声也增加，探头在回波目标区内信噪比下降。同时由于电压的加大，需要增大变压器的功率，增加探头的复合共振层数，因此系统结构设计趋于复杂，体积也相应增大。

中国专利95111535.9《伪随机超声波测距的方法及其测距仪》为提高测量距离，采用伪随机信号发生器，通过事先设置不同的超声波频率，加载到超声波探头上，这种伪随机脉冲序列长度和脉冲宽度是可变的。对于近距离测量，其采用发射短脉冲序列和窄脉宽，和远离换能器谐振频率的伪随机信号。对于远距离测量，采用换能器频率等于激振频率的方法获得最大能量，并通过软件的方法将接收到的信号与发射的伪随机信号相比较，以完成回波信号的识别提取。这种伪随机信号特征提取回波信号，消除了噪声，不受环境噪声强度的限制，即使信号淹没在环境噪声中也能有效提取，该技术设置了门限电平拦阻噪声，在拦截噪声的同时，也拦截了远距离的微弱回波信号，因而大大提高了超声波探测仪的探测能力。上述的改变频率的测量方式，其本质上是以相关法进行降噪的设计。根据相关法的特点，随着采样点的增多，降噪能力提高，这种方法需大量后继的相关运算，一旦有干扰，则整个相关算法即告失败。

中国专利93223143.8《一种超声波测距装置》采用时序特征信号的提取方法消除噪声，提高信噪比。英国专利GB 2230608《Acoustic range finder for monitoring levelof material》采用了通过设定阈值消除一部分噪声，以及在存储器中事先记忆无效回波，等到有波形返回时，再减去这个无效波，即可减少干扰，提高信号的信噪比。但是注意到所有这些方法都是一种基于软件的去除噪声的方法，它可以增加测量距离，但算法比较复杂。

但是我们希望如果能够直接降低电平的本底噪声，即使不采用复杂的算法，依然能够有效地进行近距离和远距离的测量。

中国专利02248586.4《超声波测距仪》出现了根据检测信号的强度进行电压补偿的思想，但这种补偿是直接针对放大电路的，因此补偿的电压越强，噪声也越大。

美国专利US6234017《transducer assembly》设计了一种超声探头的激励装置，包括了充放电装置，电感线圈以及数个开关元件，它是一种采用硬件设计的测量方法。其设计思想(1)采用了电容作为储能元件对探头进行充放电的激励，但是其储能元件本身的能量不是连续可调的；(2)设置开关主要是用于电感元件的快速放电，防止探头的尾波过长，开关本身隔离的作用并没有体现出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于开关网络的低噪声回波测距系统，实现了储能元件能量的连续可调，以及开关本身在电路中良好的隔离作用。

本发明将储能元件本身的能量设为连续可调，不仅能够兼顾探头测量距离的远近；还根据回波的信号幅值，引入反馈的控制思想，根据回波的不同具体要求，设置储能元件的储能变化范围；并将开关的隔离效果引入到电路设计中，充分体现开关网络在充放电过程中良好的噪声隔离作用。

本发明由一套低噪声的能量球构成的超声波发射电路，低噪声接收电路，反馈控制电路和探头部分构成。

对于探头单发单收的超声波发射电路，本电路的低噪声开关网络电路设计原理如图1。

本发明中，考虑高低压电路和高低频电路混合设计带来的电噪声干扰。独立设计了4个隔离回路。

回路单元A的特征在于：采用高频发射电路的自激振荡控制方式。包括：供电电源，电压为5伏；自激振荡器1，高频开关S1，变压器L构成回路。通过高频开关S1和变压器回路耦合，可以控制回路B的充电电流。变压器采用高频变压器绕组，其体积小，能量转换效率高，自激振荡器1的振荡时间由控制器6确定。

回路单元B的特征在于：是一种感应式充电回路，由变压器向储能元件2持续充电，充电时间与回路单元A自激振荡时间相同。充电的幅值和能量由测量的距离和探头有效负荷决定，应选探头驱动电压幅值的下限值，保证足够的驱动电压。

回路单元C的特征：为一种高能放电激励单元，开关S2将储能元件2和外激式振荡器3向探头4提供持续的能量。此时加载在探头上的激励电压为短时可控的高压脉冲。

回路单元D的特征：由探头4和接收电路5构成一种低噪声超声波接收电路。接收电路5包括：信号放大器，检波和显示接收部分。开关S3的特征为一种采用低频周期工作模式的开关，周期性的将接收信号送入放大处理电路。

反馈控制回路中控制器6的特征为一种采用单片机开关网络的控制单元，根据采集回波模拟信号的幅值变化，分别反馈控制3个独立回路的开关。

本发明中发射电路与接收电路的特征在于：是一种4段隔离的电路，低压激励电路和高压发射电路分开，高压发射电路和低压信号接收电路分开。这种分时和分区工作的网路开关结构，切断了发射环节的电噪声对接收电路的影响，做到了“零噪声”输入。后继超声信号接收环节的信噪比得到增强。电路的测距能力得到提高。事实上，任何低频，中频或高频电路或者电子器件，只要通电，就存在电噪声，本设计从原理上关断了部分噪声电源。直接消除了产生电噪声信号的基础。该电路的设计明显改善了测量信号的接收质量，在不需要改变探头晶体共振层数的基础上，提高了探头的测距能力。

超声波发射和接收时序特征如图2：

在时间段T1开始时，开关S1闭合，振荡器1开始高频振荡，原边振荡电压产生的激励信号经高频变压器副边，传递给储能元件2，经过时间T1，储能元件充电至预定值，充电电压幅值与能量储存单元的储存容量是由控制器6确定的，它与开关S1闭合的时间成正比。

当储能电压达到预定电压时，开关S1断开，停止振荡，然后在时间T2开始时，开关S2提供一个振荡激励信号，由储能元件2通过外激振荡器3向探头提供振荡能量，发射时间为T2，激励探头产生超声波发射信号，该激励频率f与探头的固有频率相关，一般在声频范围内。

激励的脉冲数目N为T2/f，形成稳定的激励后，有一个超声波的盲区等待时间后，开关S1和开关S2断开，开关S3闭合，在预定的测量时间T3内，接收电路开始接收回波信号。

当完成信号发射和接收处理后，完成一次测量周期。下一次的循环周期，再重新发射和接收信号。

图中，储能元件可以由电容，或其他储能元件组成。

开关S1为高频开关元件，频率高低的选择与激励的效率，激励单元体积有关系，频率越高，则激励单元体积越小。

开关S2为中频开关元件，可以根据探头的激励频率，调整电感参数以及控制信号的频率，达到探头的共振频率。可以用可控硅，高速功率三极管或场效应管作为开关，电感两端激励电压可以超过300V以上，激励探头后振幅可达1500V左右

开关S3为一个低频开关元件，可以采用模拟开关，控制接收的时间和接收的区域。如CD4066等，由于是低频工作元件，不会产生高频电磁干扰，因此接收信号无杂波和电磁噪声的干扰。

回波测距系统的噪声包括电路噪声，环境噪声和探头噪声，电路噪声有前端电源噪声，变压器噪声，储能元件充放电的噪声，运放的热噪声等。本发明的特征在于：电路设计为三路噪声隔离的开关网络结构，由于回路单元A可以被开关彻底停止供电，理论上回路单元A和回路单元B的电噪声为“零噪声”，此时根据控制工程原理，一般称为前项通道沉默；当后项通道开始在控制器的控制下，选择前项通道为“零噪声”区域，启动模数转换信号时，则探头的输入电噪声信号为零；理论上，此时只存在探头的机械结构中的机械噪声和压电噪声，相比传统的电路设计采用变压器通道连接，存在较大的电路混合噪声以及环境噪声；本发明采用完全开关隔离网络的电路设计，消除了前项通道对后项通道带来的电噪声累计效应。

三频段网络化的隔离开关设计，还减小了不同频率段振荡信号在空间上的相互电磁干扰。

本发明中电路设计的低噪声特征还在于：一种低噪声激励电源的设计。本发明给出了一种能够连续调节探头供给能量的“能量调节球”(energy adaptation ball，简称EAB)，它包括储能元件2和外激振荡器3组成，通过直接控制EAB的充电电压，来控制发射能量。由于它本质上是一种开关积分电源，性能十分稳定，工作时自身无电噪声。

EAB的工作特征包括两个过程：储能元件的充电过程，通常储能元件的直流电压为30V到300V可调；外激振荡器3的周期振荡，其作用相当于一个能量激发器，将储能元件的能量瞬间释放在探头两侧，从而在探头两端激励出比储能元件自身电压高3-5倍的脉冲电压。幅值为90V到1500V可调，宽度为500ns到5μs。图3为外激振荡器的储能单元的示意图。

在起始充电的时间段T1时，设U₁(t)为储能元件电压，则经过时间T1后，U₁(t)和U₂(t)分别为储能元件电压和激励电压。图中所示是设充电回路为RC的串联回路，其输入输出满足一阶系统的传输特性，其传递函数：

$G\left(S\right)=\frac{1}{1+\mathrm{TS}}$

则储能元件两端的储能设为U：则：U_c(t)＝(1-e^-T/τ)u₁(t)，

式中：T＝RC，T是电路的时间常数。

在周期T2时，能量球在S2周期动作下，系统电压被激发到U₂(t)。则U₂(t)＝kU₁(f)，k为激振倍数。设此时设储能元件为电感L向R，C放电，其输入输出满足二阶系统的传输特性，其传递函数为：

$G\left(S\right)=\frac{{{\mathrm{\ω}}_n}^2}{S^2+2\mathrm{\ξ\ωS}+{{\mathrm{\ω}}_n}^2}$

其中： ${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{LC}}};\mathrm{\ξ}=\frac{1}{2R}\sqrt{\frac{L}{C}}$

则系统能量E的衰减服从二阶振荡系统指数衰减规律。则储能元件两端电压为：

其中： ${\mathrm{\ω}}_d={\mathrm{\ω}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\ξ}}^2};$

上述储能元件的储能容量及电压变化与该储能元件物理特性及放电电路有关。储能趋势曲线E1和E2分别表示在不同的充电控制时间下，储能元件的能量随系统放电的周期变化而下降的过程，随时间的变化，EAB能量逐步降低，经过一段的放电时间后，EAB停止工作，系统等待进入下一个循环。

在T1’时间段和T2’时间段，系统将在原来电压的基础上，被充电到新的电压，获得新的能量，S2的频率变化影响和控制着激振幅值的大小。

本发明的特征在于：一种基于开关网络的低噪声电路设计，各个回路具有完全隔离的分时，分区和分频段工作的特点。完全独立的电路设计，减少了电噪声之间的相互干扰。能量从激励到发射，到接收的过程在时间轴上是位于不同的时间段，接收信号不会受到发射信号的干扰；开关网络的动作频率设计为高低中频完全不同的频段，各频段的电磁干扰在电磁空间上很容易被滤波消除。

本发明的优点在于：可连续调节的反馈式储能单元“能量调节球”，该能量球具有超声能量存储和高压激发的特点，可根据回波信号的强度反馈控制开关的闭合时间来控制储能的大小：能量球储能的大小可以调节超声波的测量距离，兼顾远距离和近距离的测量，实现了探头连续能量的自动增益控制，提高了系统的信噪比，解决了扩大量程与减少盲区这一对矛盾，实现了超声波常态功率发射条件下对各种困难信号的稳定接收。

本发明实现了自由灵活的量程调整：该能量球可以是一种多能量球的并联激励装置；完全独立的能量球可以在外界开关完全断开的情况下，对探头进行激励，该设计替代了传统的变压器的能量激励，直接减少了外界电源波动，电源噪声对激励电路的干扰，提高了信噪比。

附图说明

图1是本发明的低噪声开关网络的低噪声回波电路示意图

图2是本发明的超声波发射和接收时序图

图3是本发明的储能元件的EBA能量示意图

图4是本发明的超声波测距系统的增益控制实施结构示意图

具体实施方式

图4为一种基于单发单收的超声波测量系统，作为开关网络结构设计的一种具体电路实施，本发明的特征在于：发射部分包含一个低压直流电源，能量球EAB激励部分，通过开关切换到达探头；低噪声接收电路5包括两个运算放大器K1(7)和K2(8)，加上检波单元9，检波输出端检测点10，回波调理信号输出端11。检测点10的电压被引到单片机控制系统6，构成回波系统的增益反馈控制，由单片机控制EAB和可编程放大器K2。系统的开关顺序S1，S2和S3的动作时序与图2相同。其内部的自动增益控制由监测点采集到的数值，传递到单片机中，单片机内部建立了模型算法。

模型算法的特征：

(1)在程控放大器K1增益系数为1时，调节能量球为一个标准充电时间T1，此时检测回波幅值，如果无回波，首先增大能量球的充电时间，到最高值时，如果还没有回波，则将放大系数改为10倍，再依次增加放大倍数，直到放大倍数为1000，能量最大为止。

(2)待系统测量稳定后，程序记忆程控放大器K1的增益系数，只在能量球的附近进行能量调整；对于大量程的测量，放大倍数从10或者100开始。

(3)整个系统程序调节过程，以能量调节为优先，因为能量的变化理论上无电噪声干扰，而放大器的干扰随放大倍数增加而增加。本模型算法的特征是基于能量调节优先，放大倍数顺序递增。

实际电路的设计，考虑了回波测距系统的特点：即回波信号的质量主要取决于被测对象表面形状的密度，形状，距离的远近等。尤其对量程较大的回波测量中，真实回波信号的幅值变化表现的较为强烈，并伴有大量的电干扰信号和外界环境干扰。因此接收电路的增益控制必须有较强的适应能力。

设U_out和U_in分别为发射系统的输出电压以及接收系统的输入电压，则：

$\mathrm{\ψ}(p,t,s)=\frac{U_{\mathrm{out}}}{U_{\mathrm{in}}},$

ψ(p，t，s)是表示超声波接收电压的衰减与测量介质的压力和温度以及测量距离有关的函数。设经过两级放大器后，回波信号幅值为Φ(t)，考虑到幅值必须在平均电噪声信号和单片机最大输入电压之间，因此满足：Φ₂(t)≤Φ(t)≤Φ₁(t)，

其中：Φ(t)＝K₁K₂U_out，K₁和K₂分别为两级运放的放大系数。则有：

            Φ₂(t)≤K₁K₂U_in(t)ψ(p，t，s)≤Φ₁(t)，

移项后有：

$\frac{1}{K_1{K}_2\mathrm{\ψ}(p,t,s)}{\mathrm{\Φ}}_2\left(t\right)\≤U_{\mathrm{in}}\left(t\right)\≤\frac{1}{K_1{K}_2\mathrm{\ψ}(p,t,s)}{\mathrm{\Φ}}_1\left(t\right)$

由 $E=\frac{1}{2}{{\mathrm{CU}}_{\mathrm{in}}}^2,$ 则理论上ENB的能量范围为：

$\frac{C}{2{K_1}^2{K_2}^2{\mathrm{\ψ}}^2(p,t,s)}{{\mathrm{\Φ}}_2}^2\left(t\right)\≤E\≤\frac{C}{2{K_1}^2{K_2}^2{\mathrm{\ψ}}^2(p,t,s)}{{\mathrm{\Φ}}_1}^2\left(t\right)$

由此可见，本发明中能量球的特征在于：能量的变化是一个连续的过程，它的控制范围取决于储能元件自身的物理参数，测量的环境和运放的倍数以及测量装置。能量和储能元件成线性比例关系，和放大倍数的平方成反比，因此能量的反馈调节在固定放大倍数的前提下，直接和储能元件的储能调节相关。

本发明的增益控制系统在保证能量调节优先，放大倍数顺序递增的原则下，设计了一套单片机分段控制程序，通过控制反馈回路的开关闭合时间，调节和修正储能元件的能量E，从而改变探头的激励电压，动态控制输出脉冲信号的幅值，使回波信号始终自动保持在一个合理的范围内。

传统的方法是当超声波回波信号的幅值经常发生很大变化时，采用可编程运算放大器，根据回波大小分级给出放大倍数，一般为1倍，10倍，100倍和1000倍四种，没有连续可调的余地，从上面推导的公式看出，运用本发明中EAB连续调节激励电压的方法，可以实现波信号幅值的连续调节，如果再配合分级程控放大电路，则系统的调节范围将有较大的提高。

对于近距离的测量，本发明采用能量球减小发射能量的方法，而不是采用专利95111535.9《伪随机超声波测距的方法及其测距仪》中偏移共振频率点的方法实现距离的调节，偏移探头的共振频率不方便控制，稍有误差，就会出现探头振幅的很大变化。而本发明通过减小探头的供应能量，间接的可以通过调节开关的闭合时间来控制能量的大小，采用单片机控制，在实际操作中，很容易实现。

本发明在回波信号输入电路的输入端，增加了两个过压二极管监测电路，其特征在于：一方面防止过电压对运放的冲击，保护运放，同时控制器通过比较电路识别输入的电压，如果电压饱和，系统自动降低激励电压，信号过弱，则系统自动增大激励电压，整个过程配合程控运放工作，由控制器内部的程序实现自动切换。

传统的抑制干扰的措施一般是运算放大器加滤波电路的方法。而本发明的EAB法，没有了外界的低频中频或高频电信号干扰，其本质是一个基于开关网络的分时和分区的低干扰激励单元，它的噪声只和充电元件自身的物理特性有关。同时由于EAB电压连续调节范围较大，因此只需要采用两路运放设计，一级低噪声调理放大器和一级可编程放大器，减小了传统电路设计中多运放环节带来的自身噪声。

本发明中，根据能量的需要，还可以采用多级EAB并联的方式，各EAB的大小可以不同，可以分别对应于近距离和远距离测量的需要。智能化的控制程序一般可以保证系统在0-60米的测量范围内，自动识别回波，实现任意区间内的自动量程转换。

用示波器观察回波，发现该电路在信号输出端本底噪声相同条件下，噪声输出比传统的非隔离式电路减小一个数量级左右。实测为0-20米的测量范围，采用示波器观察发现：采用该低噪声电路设计，不需要提高激励电压，就可以获得很好的回波信号。尤其是对固态物料表面的回波微弱信号问题，仍然具有较强的回波。由此看见，基于开关网络设计的低噪声电路的信噪比得到改善。

当进一步加大测量距离，如0-40米和0-60米时，系统距离显示正确，没有明显的数值波动。由于系统本身信噪比较低，因此在系统自身进行增益调节时，回波信号仍然有足够的信噪比，但必须注意的是，系统信噪比的提高，并不能保证接收范围无限增加，因为存在探头本身的机械阻尼结构和接收电路自身的电噪声。对于超过60米以上的测距，可以提高激励能量和改变探头结构，本发明中开关隔离电路的低噪声设计原理不变。

Claims (5)

1、一种基于开关网络的低噪声回波测距系统，由一套低噪声的能量球构成的超声波发射电路，低噪声接收电路，反馈控制电路和探头构成；其特征在于：所述的低噪声开关网络电路包括4个隔离回路单元：

a、回路单元A：采用高频发射电路的自激振荡控制方式，包括：供电电源，电压为5伏；自激振荡器(1)，开关S1，变压器L构成回路；通过开关S1和变压器回路耦合，可以控制回路单元B的充电电流；变压器采用高频变压器绕组，自激振荡器(1)的振荡时间由控制器(6)确定；

b、回路单元B：是一种感应式充电回路，由变压器向储能元件(2)持续充电，充电时间与回路单元A自激振荡时间相同；充电的幅值和能量由测量的距离和探头有效负荷决定，应选探头驱动电压幅值的下限值，保证足够的驱动电压；

c、回路单元C：为一种高能放电激励单元，开关S2将储能元件(2)和外激式振荡器(3)向探头(4)提供持续的能量；此时加载在探头上的激励电压为短时可控的高压脉冲；

d、回路单元D：由探头(4)和接收电路(5)构成一种低噪声超声波接收电路；接收电路(5)包括：信号放大器，检波和显示接收部分；开关S3为一种采用低频周期工作模式的开关，周期性的将接收信号送入放大处理电路。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的反馈控制回路中控制器(6)为一种采用单片机开关网络的控制单元，根据采集回波模拟信号的幅值变化，分别反馈控制3个独立回路的开关。

3、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的超声波发射电路，低噪声接收电路是一种4段隔离的电路，低压激励电路和高压发射电路分开，高压发射电路和低压信号接收电路分开；这种分时和分区工作的网路开关结构，切断了发射环节的电噪声对接收电路的影响，做到了“零噪声”输入；后继超声信号接收环节的信噪比得到增强，电路的测距能力得到提高。

4、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的探头为单发单收的超声波发射电路，超声波发射和接收时序为：

a、在时间段T1开始时，开关S1闭合，振荡器(1)开始高频振荡，原边振荡电压产生的激励信号经高频变压器副边，传递给储能元件(2)，经过时间T1，储能元件充电至预定值，充电电压幅值是由控制器(6)确定的，它与开关S1闭合的时间成正比；

b、当储能电压达到预定电压时，开关S1断开，停止振荡，然后在时间T2开始时，开关S2提供一个振荡激励信号，由储能元件(2)通过外激振荡器(3)向探头提供振荡能量，发射时间为T2，激励探头产生超声波发射信号，该激励频率f与探头的固有频率相关，一般在声频范围内；

c、激励的脉冲数目N为T2/f，形成稳定的激励后，有一个超声波的盲区等待时间后，开关S1和开关S2断开，开关S3闭合，在预定的测量时间T3内，接收电路开始接收回波信号；

当完成信号发射和接收处理后，完成一次测量周期，下一次的循环周期，再重新发射和接收信号；

d、储能元件由电容，或其他储能元件组成；开关S1为高频开关元件，开关S2为中频开关元件，用可控硅，高速功率三极管或场效应管作为开关，开关S3为一个低频开关元件，采用模拟开关，控制接收的时间和接收的区域。

5、按照权利要求1或4所述的系统，其特征在于：采用低噪声激励电源的设计，给出了一种能够连续调节探头供给能量的“能量调节球”EAB，它包括储能元件(2)和外激振荡器(3)组成；作为储能元件，通过直接控制EAB的充电电压，来控制发射能量；EAB的工作包括两个过程：储能元件的充电过程，通常储能元件的直流电压为30V到300V可调；外激振荡器(3)的周期振荡，其作用相当于一个能量激发器，将储能元件的能量瞬间释放在探头两侧，从而在探头两端激励出比储能元件自身电压高3-5倍的脉冲电压；幅值为300V到1500V，宽度为500ns到5μs。

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