CN204945100U - 一种频率可调的超声波发射装置 - Google Patents

一种频率可调的超声波发射装置 Download PDF

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苏亮
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Abstract

本实用新型公开了一种频率可调的超声波发射装置,包括外壳、布设在外壳内的电子线路板以及安装在外壳上的输入按键、显示器、旋钮和超声波发射探头,电子线路板上集成有单片机和超声波发射电路,单片机的输出端与超声波发射电路的输入端之间依次接有电压调节电路、压控振荡电路、信号放大电路和阻抗匹配电路,超声波发射电路的输出端与单片机的输入端之间依次接有电流采样电路和A/D转换电路,输入按键的输出端与单片机的输入端相接,显示器的输入端与单片机的输出端相接,本实用新型设计新颖,结构简单,频率输出稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,还可通过旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,使用效果好,实用性强。

Description

一种频率可调的超声波发射装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于超声波探测技术领域,具体涉及一种频率可调的超声波发射装置。
背景技术
[0002] 在工业技术迅速发展的今天,超声波检测技术作为一种重要的无损检测技术,已经被广泛的应用到各种工业现场检测,它能够快速便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、夹杂、折叠、气孔、砂眼等)的检测、定位、评估和诊断,既可以用于实验室,也可以用于工程现场,因此,超声波无损检测技术是无损检测行业不可或缺的技术之一,在一套超声波无损检测设备中,超声波信号发射装置是整套设备的关键组成部分,发射电路的性能指数直接决定了整个系统的最终检测效果,应用于工业中的超声发射电路主要有三类,单脉冲发射电路,方波调制的脉冲发射电路以及连续脉冲发射电路,各尽其用,而实际电路实现时,超声发射电路多采用定时器发出振荡信号或采用MOSFET驱动电路调节脉冲频率,电路调频范围窄,控制灵敏度低,不适合无损探伤使用,现如今缺少一种结构简单、体积小、成本低、设计合理、灵敏度高、响应快且频率可调的超声波发射装置,运用压控振荡原理实现方波调制的脉冲发射电路,采用共基极电路放大电流信号,实现宽频带放大电路,同时设置旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,根据实际无损探伤需求调节输出,频率输出稳定度好,实用价值大。
实用新型内容
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种频率可调的超声波发射装置,其设计新颖合理,结构简单,频率输出稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,还可通过旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,使用效果好,实用性强,便于推广使用。
[0004] 为解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案是:一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的输入按键、显示器、旋钮和超声波发射探头,所述电子线路板上集成有单片机和超声波发射电路,所述单片机的输出端与所述超声波发射电路的输入端之间依次接有电压调节电路、压控振荡电路、信号放大电路和阻抗匹配电路,所述超声波发射电路的输出端与所述单片机的输入端之间依次接有电流采样电路和A/D转换电路,所述输入按键的输出端与单片机的输入端相接,所述显示器的输入端与单片机的输出端相接;
[0005] 所述压控振荡电路包括运放U1、运放U2、变容二极管D2和变容二极管D3,所述运放Ul的同相输入端接地,运放Ul的反相输入端通过电阻Rl与电压调节电路相接,运放Ul的输出端分两路,一路经电容C4接运放Ul的反相输入端,另一路接稳压二极管Dl的阴极;稳压二极管Dl的阳极分两路,一路经电阻R5接地,另一路接运放U2的同相输入端;运放U2的反相输入端与变容二极管D3的阳极、电容C5的一端、滑动电感L3的一个固定端和滑动电感L3的滑动端的连接端相接,变容二极管D3的阴极、电容C5的另一端和滑动电感L3的另一个固定端的连接端接地,运放U2的输出端分三路,一路经电阻R6与运放U2的反相输入端相接,另一路经电阻R4与运放U2的同相输入端相接,第三路经电阻R3与三极管Ql的发射极和变容二极管D2的阳极的连接端相接;三极管Ql的基极和变容二极管D2的阴极的连接端接地,三极管Ql的集电极与运放Ul的同相输入端相接。
[0006] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述电压调节电路包括端口 V1、电压调节芯片LM317、IGBT晶体管Q4和运放U7,所述端口 Vl经变压器Tl与整流桥D7的交流输入端相接,整流桥D7的直流正输出端经电感L4与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,电压调节芯片LM317的VOUT管脚与IGBT晶体管Q4的集电极相接,IGBT晶体管Q4的发射极分三路,一路与电感L5的一端相接,另一路经二极管D6与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,第三路经电阻C12接地;IGBT晶体管Q4的门极与运放U7的输出端相接,运放U7的输出端经电阻R23与运放U7的反相输入端相接,运放U7的反相输入端经电阻R24与单片机相接,运放U7的同相输入端经电阻R25接地。
[0007] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述信号放大电路包括运放U3和运放U4,所述运放U3的同相输入端经电阻R13接地,运放U3的反相输入端经电阻R14与运放U2的输出端相接,运放U3的输出端分两路,一路经电阻R15与运放U3的反相输入端相接,另一路经电阻R16与运放U4的反相输入端相接;运放U4的同相输入端经电阻R18接地,运放U4的输出端分两路,一路经电阻R17与运放U2的输出端相接,另一路经电阻R19与运放U4的反相输入端相接。
[0008] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述阻抗匹配电路包括电感LI和电感L2,所述电感LI的一端与运放U3的输出端相接,电感LI的另一端经电阻Cl与电感L2的一端相接,电阻Cl和电感L2的一端的连接端与并联的电容C2、电容C3和电阻R2的一端相接,并联的电容C2、电容C3和电阻R2的另一端接地。
[0009] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述超声波发射电路包括三极管Q5、三极管Q6和连接端口 JP1,所述连接端口 JPl的第I管脚分两路,一路经电容C7与+5V电源端相接,另一路与三极管Q5的集电极相接;三极管Q5的基极分两路,一路经电阻Rll与+5V电源端相接,另一路与三极管Q6的集电极相接;三极管Q6的基极分四路,一路与电感L2的另一端相接,另一路与二极管D5的阴极相接,第三路与连接端口 JPl的第2管脚连接;二极管D5的阳极、三极管Q6的发射极和三极管Q5的发射极均接地。
[0010] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述电流采样电路包括运放U5和运放U6,所述运放U5的同相输入端与连接端口 JPl的第2管脚相接,运放U5输出端分三路,一路与运放U6的同相输入端相接,另一路与运放U5的反相输入端相接,第三路经电容CS接地;运放U6输出端分两路,一路与运放U6的反相输入端相接,另一路与A/D转换电路相接。
[0011] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述超声波发射探头包括超声波传感器T40-16,所述超声波传感器T40-16焊接或通过可插拔的方式设置在所述连接端口 JPl上。
[0012] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述旋钮的信号端连接在所述滑动电感L3的滑动端上。
[0013] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述单片机包括51系列单片机。
[0014] 上述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述显示器包括笔段式LCD液晶显不屏。
[0015] 本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0016] 1、本实用新型通过设置压控振荡电路,通过输入电压的不同控制输出频率的不同,采用共基极放大电路对高频进行放大,频率输出稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,电路简单,便于推广使用。
[0017] 2、本实用新型通过设置电压调节电路,采用电压可调的稳压芯片LM317对压控振荡电路输入电压进行调节,电压调节范围大,可靠稳定,使用效果好。
[0018] 3、本实用新型设计新颖合理,体积小,具有显示超声波换能器工作电流及超声波输出频率的功能,且同时设置旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,根据实际无损探伤需求调节输出,频率输出稳定度好,实用性强,便于推广使用。
[0019] 综上所述,本实用新型设计新颖合理,结构简单,频率输出稳定度好,控制灵敏度高,调频范围宽,还可通过旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,使用效果好,实用性强,便于推广使用。
[0020] 下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0021] 图1为本实用新型的电路原理框图。
[0022] 图2为本实用新型电压调节电路的电路原理图。
[0023] 图3为本实用新型压控振荡电路的电路原理图。
[0024] 图4为本实用新型信号放大电路的电路原理图。
[0025] 图5为本实用新型阻抗匹配电路的电路原理图。
[0026] 图6为本实用新型超声波发射电路的电路原理图。
[0027] 图7为本实用新型电流采样电路的电路原理图。
[0028] 附图标记说明:
[0029] I 一单片机; 2—压控振荡电路;3—彳g号放大电路;
[0030] 4一阻抗匹配电路;5—超声波发射电路;6—电流采样电路;
[0031] 7—A/D转换电路;8—电压调节电路;9一输入按键;
[0032] 10—显示器。
具体实施方式
[0033] 如图1和图3所不,本实用新型包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的输入按键9、显示器10、旋钮和超声波发射探头,所述电子线路板上集成有单片机I和超声波发射电路5,所述单片机I的输出端与所述超声波发射电路5的输入端之间依次接有电压调节电路8、压控振荡电路2、信号放大电路3和阻抗匹配电路4,所述超声波发射电路5的输出端与所述单片机I的输入端之间依次接有电流采样电路6和A/D转换电路7,所述输入按键9的输出端与单片机I的输入端相接,所述显示器10的输入端与单片机1的输出〗而相接。
[0034] 所述压控振荡电路2包括运放U1、运放U2、变容二极管D2和变容二极管D3,所述运放U1的同相输入端接地,运放U1的反相输入端通过电阻R1与电压调节电路8相接,运放U1的输出端分两路,一路经电容C4接运放U1的反相输入端,另一路接稳压二极管D1的阴极;稳压二极管D1的阳极分两路,一路经电阻R5接地,另一路接运放U2的同相输入端;运放U2的反相输入端与变容二极管D3的阳极、电容C5的一端、滑动电感L3的一个固定端和滑动电感L3的滑动端的连接端相接,变容二极管D3的阴极、电容C5的另一端和滑动电感L3的另一个固定端的连接端接地,运放U2的输出端分三路,一路经电阻R6与运放U2的反相输入端相接,另一路经电阻R4与运放U2的同相输入端相接,第三路经电阻R3与三极管Q1的发射极和变容二极管D2的阳极的连接端相接;三极管Q1的基极和变容二极管D2的阴极的连接端接地,三极管Q1的集电极与运放U1的同相输入端相接。
[0035] 如图2所示,本实施例中,所述电压调节电路8包括端口 VI、电压调节芯片LM317、IGBT晶体管Q4和运放U7,所述端口 VI经变压器T1与整流桥D7的交流输入端相接,整流桥D7的直流正输出端经电感L4与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,电压调节芯片LM317的V0UT管脚与IGBT晶体管Q4的集电极相接,IGBT晶体管Q4的发射极分三路,一路与电感L5的一端相接,另一路经二极管D6与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,第三路经电阻C12接地;IGBT晶体管Q4的门极与运放U7的输出端相接,运放U7的输出端经电阻R23与运放U7的反相输入端相接,运放U7的反相输入端经电阻R24与单片机1相接,运放U7的同相输入端经电阻R25接地。
[0036] 实际接线中,电感L5的另一端为电压调节电路8的信号输出端,电压调节电路8的信号输出端通过电阻R1与运放U1的反相输入端相接,端口 VI连接市电电源。
[0037] 如图4所示,本实施例中,所述信号放大电路3包括运放U3和运放U4,所述运放U3的同相输入端经电阻R13接地,运放U3的反相输入端经电阻R14与运放U2的输出端相接,运放U3的输出端分两路,一路经电阻R15与运放U3的反相输入端相接,另一路经电阻R16与运放U4的反相输入端相接;运放U4的同相输入端经电阻R18接地,运放U4的输出端分两路,一路经电阻R17与运放U2的输出端相接,另一路经电阻R19与运放U4的反相输入端相接。
[0038] 如图5所示,本实施例中,所述阻抗匹配电路4包括电感L1和电感L2,所述电感L1的一端与运放U3的输出端相接,电感L1的另一端经电阻C1与电感L2的一端相接,电阻C1和电感L2的一端的连接端与并联的电容C2、电容C3和电阻R2的一端相接,并联的电容C2、电容C3和电阻R2的另一端接地。
[0039] 如图6所示,本实施例中,所述超声波发射电路5包括三极管Q5、三极管Q6和连接端口 JP1,所述连接端口 JP1的第1管脚分两路,一路经电容C7与+5V电源端相接,另一路与三极管Q5的集电极相接;三极管Q5的基极分两路,一路经电阻R11与+5V电源端相接,另一路与三极管Q6的集电极相接;三极管Q6的基极分四路,一路与电感L2的另一端相接,另一路与二极管D5的阴极相接,第三路与连接端口 JP1的第2管脚连接;二极管D5的阳极、三极管Q6的发射极和三极管Q5的发射极均接地。
[0040] 如图7所示,本实施例中,所述电流采样电路6包括运放U5和运放U6,所述运放U5的同相输入端与连接端口 JP1的第2管脚相接,运放U5输出端分三路,一路与运放U6的同相输入端相接,另一路与运放U5的反相输入端相接,第三路经电容C8接地;运放U6输出端分两路,一路与运放U6的反相输入端相接,另一路与A/D转换电路7相接。
[0041] 本实施例中,所述超声波发射探头包括超声波传感器T40-16,所述超声波传感器T40-16焊接或通过可插拔的方式设置在所述连接端口 JPl上。
[0042] 本实施例中,所述旋钮的信号端连接在所述滑动电感L3的滑动端上。
[0043] 本实施例中,所述单片机I包括51系列单片机。
[0044] 本实施例中,所述显示器10包括笔段式IXD液晶显示屏。
[0045] 本实用新型使用时,通过输入按键9设置超声波换能器的工作参数阈值,采用电压调节电路8将输入的市电交流电变换为直流电并通过电压可调的稳压芯片LM317调节输出电压,电压调节电路8的输出电压为压控振荡电路2的输入电压,压控振荡电路2输出频率与输入电压幅度成正比,压控振荡电路2将输出的高频信号送入到信号放大电路3中,信号滤波放大,阻抗匹配电路4使输出的信号与换能器本身参数匹配,通过超声波发射电路5将超声波信号发射出去,同时电流采样电路6采集超声波换能器的工作电流,并通过A/D转换电路7模数转换送入单片机,显示器10实时显示超声波换能器工作电流及超声波输出频率,当超声波输出频率达不到需求时,单片机控制电压调节电路8中的IGBT晶体管增大开关频率,当超声波输出频率接近需求频率时,通过旋钮微调滑动电感大小改变输出频率,根据实际无损探伤需求调节,使用效果好。
[0046] 以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例,并非对本实用新型作任何限制,凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:包括外壳、布设在所述外壳内的电子线路板以及安装在所述外壳上的输入按键(9)、显示器(10)、旋钮和超声波发射探头,所述电子线路板上集成有单片机⑴和超声波发射电路(5),所述单片机⑴的输出端与所述超声波发射电路(5)的输入端之间依次接有电压调节电路(8)、压控振荡电路(2)、信号放大电路⑶和阻抗匹配电路(4),所述超声波发射电路(5)的输出端与所述单片机⑴的输入端之间依次接有电流采样电路(6)和A/D转换电路(7),所述输入按键(9)的输出端与单片机(I)的输入端相接,所述显示器(10)的输入端与单片机(I)的输出端相接; 所述压控振荡电路(2)包括运放U1、运放U2、变容二极管D2和变容二极管D3,所述运放Ul的同相输入端接地,运放Ul的反相输入端通过电阻Rl与电压调节电路(8)相接,运放Ul的输出端分两路,一路经电容C4接运放Ul的反相输入端,另一路接稳压二极管Dl的阴极;稳压二极管Dl的阳极分两路,一路经电阻R5接地,另一路接运放U2的同相输入端;运放U2的反相输入端与变容二极管D3的阳极、电容C5的一端、滑动电感L3的一个固定端和滑动电感L3的滑动端的连接端相接,变容二极管D3的阴极、电容C5的另一端和滑动电感L3的另一个固定端的连接端接地,运放U2的输出端分三路,一路经电阻R6与运放U2的反相输入端相接,另一路经电阻R4与运放U2的同相输入端相接,第三路经电阻R3与三极管Ql的发射极和变容二极管D2的阳极的连接端相接;三极管Ql的基极和变容二极管D2的阴极的连接端接地,三极管Ql的集电极与运放Ul的同相输入端相接。
2.按照权利要求1所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述电压调节电路⑶包括端口 V1、电压调节芯片LM317、IGBT晶体管Q4和运放U7,所述端口 Vl经变压器Tl与整流桥D7的交流输入端相接,整流桥D7的直流正输出端经电感L4与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,电压调节芯片LM317的VOUT管脚与IGBT晶体管Q4的集电极相接,IGBT晶体管Q4的发射极分三路,一路与电感L5的一端相接,另一路经二极管D6与电压调节芯片LM317的VIN管脚相接,第三路经电阻C12接地;IGBT晶体管Q4的门极与运放U7的输出端相接,运放U7的输出端经电阻R23与运放U7的反相输入端相接,运放U7的反相输入端经电阻R24与单片机(I)相接,运放U7的同相输入端经电阻R25接地。
3.按照权利要求1所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述信号放大电路(3)包括运放U3和运放U4,所述运放U3的同相输入端经电阻R13接地,运放U3的反相输入端经电阻R14与运放U2的输出端相接,运放U3的输出端分两路,一路经电阻R15与运放U3的反相输入端相接,另一路经电阻R16与运放U4的反相输入端相接;运放U4的同相输入端经电阻R18接地,运放U4的输出端分两路,一路经电阻R17与运放U2的输出端相接,另一路经电阻R19与运放U4的反相输入端相接。
4.按照权利要求3所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述阻抗匹配电路⑷包括电感LI和电感L2,所述电感LI的一端与运放U3的输出端相接,电感LI的另一端经电阻Cl与电感L2的一端相接,电阻Cl和电感L2的一端的连接端与并联的电容C2、电容C3和电阻R2的一端相接,并联的电容C2、电容C3和电阻R2的另一端接地。
5.按照权利要求4所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述超声波发射电路(5)包括三极管Q5、三极管Q6和连接端口 JP1,所述连接端口 JPl的第I管脚分两路,一路经电容C7与+5V电源端相接,另一路与三极管Q5的集电极相接;三极管Q5的基极分两路,一路经电阻RlI与+5V电源端相接,另一路与三极管Q6的集电极相接;三极管Q6的基极分四路,一路与电感L2的另一端相接,另一路与二极管D5的阴极相接,第三路与连接端口 JPl的第2管脚连接;二极管D5的阳极、三极管Q6的发射极和三极管Q5的发射极均接地。
6.按照权利要求5所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述电流采样电路(6)包括运放U5和运放U6,所述运放U5的同相输入端与连接端口 JPl的第2管脚相接,运放U5输出端分三路,一路与运放U6的同相输入端相接,另一路与运放U5的反相输入端相接,第三路经电容CS接地;运放U6输出端分两路,一路与运放U6的反相输入端相接,另一路与A/D转换电路(7)相接。
7.按照权利要求5所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述超声波发射探头包括超声波传感器T40-16,所述超声波传感器T40-16焊接或通过可插拔的方式设置在所述连接端口 JPl上。
8.按照权利要求1所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述旋钮的信号端连接在所述滑动电感L3的滑动端上。
9.按照权利要求1所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述单片机(I)包括51系列单片机。
10.按照权利要求1所述的一种频率可调的超声波发射装置,其特征在于:所述显示器(10)包括笔段式IXD液晶显示屏。
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