一种电压可调式脉冲超声波发射电路及检测装置的制作方法

本实用新型涉及超声波技术领域，尤其涉及一种电压可调式脉冲超声波发射电路及检测装置。

背景技术：

现有非金属介质的超声波检测系统中，通用的超声波发射电路一般都采用一定电压范围的触发模式，在工作时需要外接多个直流电源用以驱动脉冲发射，并且每个发射电路只能发射单声道的超声波脉冲信号。因此现有技术中的超声波发射电路所能检测的物质种类比较有限，并且单次检测物质的范围也比较小，每次只能在该物质的某点进行检测，并不能在物质多个点进行检测。在实际应用中，为了提高超声波信号的强度往往需要把触发电压增加至更高，但是更高的触发电压不仅给整个发射电路带来了不安全性，而且会对产生的脉冲信号造成一定的影响，并且在高压条件下的长时间工作对电路造成的损耗较大，导致发射电路出现问题，而且不能轻易被发现。同时在较高电压的工作下所产生的脉冲信号畸变也比较大，不利于采集数据分析物质的内部情况。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电压可调式脉冲超声波发射电路及检测装置，能够实现对多种不同种类的物质进行检测，并且单次检测时能够对物质的多处进行检测。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电压可调式脉冲超声波发射电路，包括：

电源模块，为所述电压可调式脉冲超声波发射电路提供一可调节的直流电压；

控制模块，生成并输出一频率信号和n路使能信号，n大于1；

驱动模块，包括n路驱动电路，每一路驱动电路接收所述频率信号和对应于该路驱动电路的使能信号，并对应输出n路控制信号；

脉冲模块，包括n路脉冲产生电路，每一路脉冲产生电路接收对应于该路脉冲产生电路的控制信号，并在所述n路控制信号的控制下输出对应所述频率的n路超声波信号。

优选的，所述直流电压的可调节范围为30～500v。

优选的，所述发射电路还包括第一降压模块和第二降压模块，其中，

所述第一降压模块，用于将所述电源模块输入的直流电压降压至第一电压，并输出该第一电压至所述第二降压模块；

所述第二降压模块，用于对所述第一电压进行降压，降压后的输出电压符合所述控制模块和驱动模块的输入电压范围。

优选的，所述发射电路还包括一处理模块，与所述第一降压模块相连接，接收所述第一降压模块输出的第一电压，并将所述第一电压与一预设的电压阈值进行比较，若所述第一电压不在所述电压阈值的范围内，并输出告警信息。

优选的，所述发射电路还包括一显示模块，与所述处理模块相连接，用于当所述第一电压不在所述电压阈值的范围内时，显示告警信息。

优选的，所述发射电路还包括一蜂鸣模块和亮灯模块，用于当所述第一电压不在所述电压阈值的范围内，输出蜂鸣告警信息和亮灯告警信息。

优选的，所述发射电路还包括一隔离模块，分别与所述控制模块和所述驱动模块相连接，用于将所述控制模块输出的频率信号和n路使能信号进行信号隔离，并将隔离后输出的频率信号和n路使能信号发送至所述驱动模块。

优选的，所述每一路驱动电路包括第一驱动芯片、第二驱动芯片和反相器，所述每一路脉冲产生电路包括第一mos管、第二mos管、第三mos管和第四mos管，其中，

第一路使能信号分别与所述第一驱动芯片的使能输入端和第二驱动芯片u7的使能输入端相连接；

所述频率信号与所述第一驱动芯片的第一输入端相连接，所述频率信号通过所述反相器与第二驱动芯片的第一输入端相连接；

所述第一驱动芯片的第一输出端输出的第一输出电压信号连接至所述第一mos管的栅极，所述第一驱动芯片u6的第二输出端输出的第二输出电压信号连接至所述第三mos管的栅极；

所述第二驱动芯片的第一输出端输出的第三输出电压信号连接至所述第二mos管的栅极，所述第二驱动芯片的第二输出端输出的第四输出电压信号连接至所述第四mos管的栅极；

所述第一输出电压信号和第二输出电压信号控制所述第一mos管和第三mos管的通断，并输出超声波正脉冲信号；

所述第三输出电压信号和第四输出电压信号控制所述第二mos管和第四mos管的通断，并输出超声波负脉冲信号；

所述超声波正脉冲信号连接至所述第一驱动芯片的第二输入端，所述超声波负脉冲信号连接至所述第二驱动芯片的第二输入端。

优选的，所述脉冲产生电路还包括一吸收电路，所述吸收电路包括电阻、电容和二极管，其中，

所述电阻的一端与所述第三mos管的源极连接，另一端与所述电容的一端连接；

所述电容的另一端与所述第三mos管q5的漏极连接；

所述二极管并联在所述电阻上。

优选的，所述控制模块还包括设置单元，用于设置所述控制模块同时输出所述n路使能信号。

为实现上述目的，本实用新型提供一种超声波检测装置，包括如上所述的电压可调式脉冲超声波发射电路、接收装置和分析模块，其中，

所述电压可调式脉冲超声波发射电路，用于输出对应n路超声波发射信号；

所述接收装置，用于接收所述n路超声波发射信号经过待检测的非金属介质后的n路超声波回波信号；

所述分析模块，用于对所述n路超声波回波信号进行分析，获取所述待检测的非金属介质的检测结果。

与现有技术相比，本实用新型提供一种电压可调式脉冲超声波发射电路及检测装置，所带来的有益效果为：该超声波发射电路实现了对多种不同种类的物质进行检测，单次检测时能对该物质的多处进行检测，扩大了检测范围，能够更有效的进行物质检测；该脉冲发射装置操作简便、电路设计简洁；在脉冲超声波发射电路设计中，对输入直流电源进行多次降压，减少高电压对电路的损耗，并且对电压进行监测，输出电压告警信息，保障了电路使用过程中的安全性；对信号进行隔离，保障了主控芯片不受损害；通过吸收电路吸收每个脉冲信号在导通截止瞬间产生的过冲，确保信号的性能；各个通道的脉冲信号之间相互独立互不影响，并可实现脉冲信号串行、并行等各种输出方式。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个实施例中的电压可调式脉冲超声波发射电路的系统示意图。

图2是根据本实用新型的一个实施例中的发射电路的系统示意图。

图3是根据本实用新型的一个实施例中的驱动电路的电路示意图。

图4是根据本实用新型的一个实施例中的脉冲产生电路的电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述，但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

如图1所示的本实用新型一个实施例中，本实用新型提供一种电压可调式脉冲超声波发射电路，包括：

电源模块10，为所述电压可调式脉冲超声波发射电路提供一可调节的直流电压；

控制模块11，生成并输出一频率信号和n路使能信号，n大于1；

驱动模块12，包括n路驱动电路，每一路驱动电路接收所述频率信号和对应于该路驱动电路的使能信号，并对应输出n路控制信号；

脉冲模块13，包括n路脉冲产生电路，每一路脉冲产生电路接收对应于该路脉冲产生电路的控制信号，并在所述n路控制信号的控制下输出对应所述频率的n路超声波信号。

所述电源模块为所述电压可调式脉冲超声波发射电路提供电源。所述电源为直流电源。该直流电源为所述电压可调式脉冲超声波发射电路提供可调节的直流电压。为保证电路的简洁性，所述电压可调式脉冲超声波发射电路只外接至一个直流电源。该电源为可调节电压的直流电源。其电压可调节范围为30～500v。所述直流电源为所述脉冲产生模块提供脉冲电压。使用超声波检测物质时，检测不同的物质所需要的脉冲电压不同，有需要高电压的，也需要低电压的。本实施例中采用宽范围的可调节电压的直流电源给所述电压可调式脉冲超声波发射电路供电，可产生宽范围的脉冲波电压，并且具有多种电压的脉冲，能够实现对多种不同种类的物质进行检测，扩大了检测物质种类的范围。

如图2所示的本实用新型一个实施例中，所述发射电路还包括第一降压模块14和第二降压模块15，其中所述第一降压模块14用于将所述电源模块输入的直流电压降压至第一电压，并输出该第一电压至所述第二降压模块15，所述第二降压模块15用于对所述第一电压进行降压，降压后的输出电压符合所述控制模块和驱动模块的输入电压范围。所述第一降压模块和第二降压模块对输入的直流电压进行降压，用以满足各个模块的工作电压。由于所述第一降压模块输入的直流电源为高电压，长期工作的状况下会对该模块的功耗较大，容易对模块中的降压芯片造成损坏，因此所述第一降压模块中所选择的降压芯片具有宽范围的输入电压，并且其输出电压具有一定的可调节范围。同样的，所述第二降压模块中的降压芯片具有同样的功能。由于降压芯片都具有宽范围的输入电压，避免了因异常情况时第一块降压模块降压不成功而对其它模块电路的损坏。同时采用两次降压的技术方案，在第一次降压芯片被击穿的情况下，对整个电路的工作不会有太大影响，这个电路可以正常工作。

如图2所示的本实用新型一个实施例中，所述发射电路还包括一处理模块16，与所述第一降压模块14相连接，接收所述第一降压模块14输出的第一电压，并将所述第一电压与一预设的电压阈值进行比较，若所述第一电压不在所述电压阈值的范围内，并输出告警信息。具体地，所述处理模块包括单片机芯片和模数转换芯片，将所述第一电压通过模数转换芯片转换为第一数字电压信号并输出至单片机芯片，所述单片机芯片将所述第一数字电压信号与预设的电压阈值进行比较，若所述第一数字电压信号不在所述电压阈值的范围内，输出告警信息。通过处理模块对第一降压模块输出的第一电压进行电压监测，以保证电路的正常工作，及时发现电路的电压问题。

根据本实用新型的一具体实施例，所述发射电路还包括一显示模块，与所述处理模块相连接，用于当所述第一电压不在所述电压阈值的范围内，显示告警信息。所述显示模块可通过lcd显示屏显示告警信息，以便及时提醒用户该电路的电压出现问题。所述发射电路还包括一蜂鸣模块和亮灯模块，用于当所述第一电压不在所述电压阈值的范围内，输出蜂鸣告警信息和亮灯告警信息，用以提示用户当前的电压不正常，需要及时检查。

所述控制模块输出一频率信号和n路使能信号至所述驱动模块。所述控制模块包括一fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)芯片，通过该fpga进行编程控制输出频率信号和n路使能信号。该频率信号为超声波频率。通过fpga芯片可以输出多种不同的频率信号，从而可以满足对不同种类的物质的检测需求。每一路使能信号用以控制每一路驱动电路的开启和关闭。具体地，当使能信号为高电平时，对应的驱动电路正常工作；当使能信号为低电平时，对应的驱动电路处于关闭状态，不能工作。

控制模块的fpga芯片所需要的电压一般为几伏左右，而超声波脉冲产生电路所需要的电压为几十伏设置几百伏，为避免超声波发射装置在工作过程中出现异常高压现象，使高电压流向控制模块的fpga芯片，导致烧坏主fpga芯片，因此根据本实用新型的一具体实施例，所述发射电路还包括一隔离模块17，分别与所述控制模块和所述驱动模块相连接，用于将所述控制模块输出的频率信号和n路使能信号进行信号隔离，并将隔离后输出的频率信号和n路使能信号发送至所述驱动模块。具体的，所述隔离模块包括光耦合器，通过该光耦合器将所述频率信号和使能信号进行隔离，从而保证控制模块的芯片正常工作，保障了控制模块的芯片不受损害，增强了电路工作的持久性。

所述驱动模块包括n路驱动电路，每一路驱动电路接收所述频率信号和对应于该路驱动电路的使能信号，并对应输出n路控制信号。所述脉冲产生模块包括n路脉冲产生电路，每一路脉冲产生电路接收对应该路脉冲产生电路的控制信号，并在所述控制信号的控制下输出对应所述频率的超声波信号。每一路驱动电路与对应的脉冲产生电路相连接。具体的，当使能信号为高电平时，通过使能信号控制驱动电路的正常工作，将所述频率信号作为该驱动电路的输入信号，驱动电路输出控制信号，该控制信号控制对应的脉冲产生电路输出超声波信号。

以一路驱动电路和对应的脉冲产生电路为例来进行详细说明，如图3和图4所示。所述驱动电路包括第一驱动芯片u6、第二驱动芯片u7和反相器u10，所述脉冲产生电路包括第一mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q5和第四mos管q6，第一路使能信号en_1_in分别与所述第一驱动芯片u6的使能输入端sd和第二驱动芯片u7的使能输入端sd相连接，所述频率信号50khz_in与所述第一驱动芯片u6的第一输入端in相连接，所述频率信号50khz_in通过所述反相器u10与第二驱动芯片u7的第一输入端in相连接，所述第一驱动芯片u6的第一输出端ho输出的第一输出电压信号ho1_1连接至所述第一mos管q1的栅极，所述第一驱动芯片u6的第二输出端lo输出的第二输出电压信号lo1_1连接至所述第三mos管q5的栅极，所述第二驱动芯片u7的第一输出端ho输出的第三输出电压信号ho2_1连接至所述第二mos管q2的栅极，所述第二驱动芯片u7的第二输出端lo输出的第四输出电压信号lo2_1连接至所述第四mos管q6的栅极，所述第一输出电压信号ho1_1和第二输出电压信号lo1_1控制所述第一mos管q1和第三mos管q5的通断，并输出超声波正脉冲信号hs1_1，所述第三输出电压信号ho2_1和第四输出电压信号lo2_1控制所述第二mos管q2和第四mos管q6的通断，并输出超声波负脉冲信号hs2_2，所述超声波正脉冲信号hs1_1连接至所述第一驱动芯片u6的第二输入端vs，所述超声波负脉冲信号hs2_2连接至所述第二驱动芯片u7的第二输入端vs。所述mos管q1、q2、q5和q6构成h桥电路。这四个mos管和驱动芯片u6、u7构成全桥驱动电路。通过该电路，当使能信号为高电平时，驱动芯片正常工作，并输出电压信号至mos管的栅极，交替控制mos管的导通和截止，并通过自举驱动方式组成h桥，输出一正负的超声波脉冲信号。所述四个mos管和两个驱动芯片构成一个声道的脉冲发射电路，以此类推，可以构成n个通道的脉冲发射电路。每一个通道的脉冲产生电路均可输出宽范围电压的超声波信号，各个通道间的超声波信号相互独立互相不影响，从而实现了单次检测时对同一物质的多处进行检测。

根据本实用新型的一具体实施例，所述脉冲产生电路还包括一吸收电路，所述吸收电路包括电阻r41、电容c36和二极管d12，其中，所述电阻r41的一端与所述第三mos管q5的源极连接，另一端与所述电容c36的一端连接；所述电容c36的另一端与所述第三mos管q5的漏极连接；所述二极管d12并联在所述电阻r41上。同样的，所述第四mos管也外接一样的吸收电路。通过该吸收电路吸收大部分在mos管导通与截止的瞬间所产生的过冲。

根据本实用新型的一具体实施例，所述控制模块还包括并行设置单元，用于设置所述控制模块同时输出所述n路使能信号至所述n路驱动电路。通过设置同时输出n路使能信号，使所述n路驱动电路同时打开或者关闭，同时输出n路超声波信号，使电压可调式脉冲超声波发射电路处于并行工作方式。

根据本实用新型的再一具体实施例，所述控制模块还包括串行设置单元，所述串行设置单元用于设置第一路使能信号为有效使能信号并输出至第一路驱动电路，并于一预设的时间间隔之后，设置第二路使能信号为有效信号并输出至第二路驱动电路，并于所述时间间隔后，设置第三路使能信号为有效信号并输出至第三路驱动电路，以此类推，设置第n路使能信号为有效信号并输出至第n路驱动电路。通过该实施例，依次设置每一路使能信号为有效信号，依次打开对应的驱动电路，依次输出n路超声波信号，使超声波发射装置处于串行工作方式。

根据本实用新型的一实施例，本实用新型提供一种超声波检测装置，包括如上所述的电压可调式脉冲超声波发射电路、接收装置和分析模块，其中，所述电压可调式脉冲超声波发射电路，用于输出对应n路超声波发射信号；所述接收装置，用于接收所述n路超声波发射信号经过待检测的非金属介质后的n路超声波回波信号；所述分析模块，用于对所述n路超声波回波信号进行分析，获取所述待检测的非金属介质的检测结果。

尽管为示例目的，已经公开了本实用新型的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本实用新型的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。