超声波电路设计指导

超声波电路设计指导1．超声波发射电路τ图1发射电路表1发射电路部分器件说明标识型号说明TIRFP840耐压500V以上，额定功率10W以上的场效应管U1IR4426注1电源电压用12V。U1极忌长时间导通。在U1与T之间可以插入限流电阻保护U1，电阻不宜大，否则输出脉冲边沿会变得过缓；在正常工作状态，U1只在极短时内导通，即使无限流电阻也不致损坏。R150K~1MΩ电阻取值与两次发射的最小间隔时间有关，间隔越长则回路充放电时间可越长，R1可以越大。建议取1MΩ，以便减小250V电源的输出电流。C11000pF/1000V高压瓷片电容RL510Ω注1：若使用IR4427，应当注意其输入输出波形不反相，所以在本电路中输入使用正脉冲信号。简要工作原理如下。当T截止时，250V电压源通过R1和RL向C1充电。一般认为，持续充电时间大于5倍的回路充放电常数，则C1两端电压能基本达到250V，为驱动超声波发射做好准备。当T瞬时导通，T、C1和RL构成放电回路。超声波传感器的阻抗约为50Ω，故C1中的电荷被快速释放，在超声波传感器上形成一个负向冲击脉冲，脉冲宽度约为0.5~1.5us。80V1.5us10~30ns（最理想情况）图2超声波传感器上信号波形示意2．超声波接收电路限幅限幅放大检波后级放大比较或1N60图3接收电路图3中：（1）R1、R2取值一般为100~300Ω，与后级放大器输入阻抗大小有关。（2）Ci不宜太大，否则超声波发射后电路会有一段时间无法正常接收回波信号，故一般可小于0.1uF；也不宜太小，否则信号损耗会比较大。（3）通路上放大器的总增益应大于50dB，大于60dB则更佳。（4）检波电路时间常数的选取要得当，太大则造成包络展宽，太小则单个回波脉冲会被检测成多个脉冲。可根据超声波工作频率确定，并通过观测检波输出波形加以矫正。（5）后级放大电路中运放无需再使用AD818，推荐使用NE5532。3．脉冲间隔测量电路请参考并分析ultrasonic.ddb中图纸。4．声波传导耦合剂实验中，使用超声波传感器探头探测实验样块。样块与探头的接触面、多个样块层叠时样块之间的接触面，可能因不平整而有空气间隙，影响声波传导，带来较严重的界面衰耗，故建议实验中使用清水在接触面涂抹填充，作为耦合剂，并压实接触面，减小声波传导损耗。有些同学选择将样块完全浸没在一个盛水容器中。这种做法当十分小心操作，防止将探头完全浸没造成损毁！探头的前部为密封构造，故可局部浸入水中，但后部并不密封。医学B超常用凡士林作耦合剂，若有条件使用，则效果或许更理想。