電磁超聲激勵(lì)穩(wěn)壓器基于DDS技術(shù)
作者：上海穩(wěn)壓器廠 發(fā)布時(shí)間：2016-09-23
電磁超聲波的超聲波檢測(cè)方法的引入是一種非接觸式的,不需要有任何與被測(cè)物體接觸,無(wú)需耦合劑,可以應(yīng)用于被測(cè)物體在高溫或高速或粗糙的表面檢測(cè)條件。由于無(wú)接觸的特點(diǎn),所以用于激發(fā)電磁超聲換能器激勵(lì)的電磁超聲超聲波檢測(cè)…是一種非接觸式的方法,不需要與被測(cè)物體有任何物理接觸,不需要耦合劑,可應(yīng)用于待測(cè)物體在高溫或高速或粗糙表面的檢測(cè)條件。由于非接觸的特點(diǎn),它是激勵(lì)穩(wěn)壓器的電磁超聲換能器激勵(lì)的一個(gè)非常重要的一部分。對(duì)于不同的對(duì)象,提高信號(hào)的信噪比是提高電磁超聲換能器的聲/聲轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵之一,利用合適的參數(shù)激勵(lì)電磁超聲換能器。因此,設(shè)計(jì)可以通過(guò)頻率或脈沖串的數(shù)或相位來(lái)調(diào)節(jié)的勵(lì)磁穩(wěn)壓器是非常有必要的。本文設(shè)計(jì)了一種基于DDS技術(shù)的電磁超聲激勵(lì)穩(wěn)壓器。1電磁超聲激勵(lì)源是由一個(gè)電磁超聲激勵(lì)穩(wěn)壓器主要由DDS信號(hào)發(fā)生器電路、脈沖控制電路、功率放大電路、阻抗匹配電路,如圖1所示。為了調(diào)整激勵(lì)脈沖的頻率或相位控制的激勵(lì)脈沖數(shù),PC機(jī)和單片機(jī)的串口通信,用于設(shè)置勵(lì)磁穩(wěn)壓器的參數(shù),單片機(jī)控制DDS芯片AD9850產(chǎn)生頻率為1 kHz ~ 2 MHz可調(diào)的方波信號(hào),單片機(jī)控制的可編程邏輯器件(CPLD)完成脈沖穩(wěn)壓器智能終端數(shù)和相位設(shè)置。由于信號(hào)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)功率弱,電壓幅值較低,不足以驅(qū)動(dòng)VMOS管,電路,脈沖發(fā)生電路和功率放大電路放大信號(hào)之間增加。信號(hào)發(fā)生器電路和驅(qū)動(dòng)電路組成控制電路控制開(kāi)啟和關(guān)閉VMOS管。在VMOS管關(guān)斷電路,充電電阻電容器高壓穩(wěn)壓器充電;VMOS管的時(shí)候,VMOS管和(包括阻抗匹配電路)探頭或電容放電電路可以形成,高峰窄脈沖探頭中電脈沖結(jié)束。為了最大限度地提高電/聲轉(zhuǎn)換效率,在功率放大器電路和換能器之間增加了阻抗匹配電路,形成了阻抗匹配穩(wěn)壓器和電容器。與半橋功率放大器的功率放大電路,采用MOSFET模塊穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)。2源的硬件原理和電路2.1 DDS信號(hào)產(chǎn)生電路以獲得最佳的電、聲轉(zhuǎn)換,探頭的激勵(lì)頻率與諧振頻率應(yīng)該是一致的,因此,控制信號(hào)的頻率可靈活改變。基于單片機(jī)的直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器電路。DDS技術(shù)是一種數(shù)字控制信號(hào)的相位增量技術(shù),具有頻率分辨率高、穩(wěn)定性好、可靈活產(chǎn)生多種信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)。基于DDS技術(shù)的波形發(fā)生器是通過(guò)改變相位增量登記值改變相(每個(gè)時(shí)鐘周期的度數(shù))輸出頻率。當(dāng)N位全加器的輸出鎖存器接收一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí),在相位增量寄存器中的頻率控制字存在,并與鎖的輸出加在一起的N位加法器的輸出。在輸出的相位鎖存器中,作為一個(gè)波形存儲(chǔ)器地址,相應(yīng)的波形存儲(chǔ)器內(nèi)容的地址是一個(gè)波形合成點(diǎn)的振幅值,然后由D / A轉(zhuǎn)換成模擬值輸出。下一個(gè)時(shí)鐘是相位累加器和一個(gè)頻率控制字的輸出,在一個(gè)點(diǎn)振幅下合成波形的波形存儲(chǔ)器地址。最后,相位器獲取足夠的積分,構(gòu)成整個(gè)波形。DDS的輸出信號(hào)頻率由公式計(jì)算:4(1)輸出頻率的相位;頻率控制字;FCLK是參考頻率。DDS的頻率分辨率定義為:類(lèi)型:三角波形的頻率分辨率。參考時(shí)鐘頻率一般是固定的,因此,相位累加器的位數(shù)決定了頻率分辨率,更多的位,更高的頻率。單片機(jī)STC89C516為控制核心,并行輸入法寫(xiě)AD9850的控制字,和控制方波的頻率是由上位機(jī)的串行通信控制。采用50 MHz有源晶振輸入時(shí)鐘AD9850,從幾赫茲到幾兆赫茲的頻率范圍內(nèi)的輸出,但是系統(tǒng)輸出頻率范圍由功率放大器電路的時(shí)間常數(shù)決定,所以1千赫~ 2 MHz可調(diào)頻率范圍。單片機(jī)的P1端口連接到AD9850的并行端口,P3.6和P3.7完成單片機(jī)控制DDS芯片AD9850的輸入/輸出。AD9850的控制字完成后,相應(yīng)的輸出頻率的正弦波信號(hào)的輸出電流。為了使輸出頻率不高頻率斜波干擾的影響,雙LC低通濾波器的選擇,其動(dòng)態(tài)范圍0 ~ 40 MHz帶寬,純正弦波送AD9850比較器端口,通過(guò)Qout最終輸出方波。DDS信號(hào)產(chǎn)生電路[工業(yè)電器網(wǎng)-中國(guó)工業(yè)電器網(wǎng)]圖如圖2所示。2.2脈沖控制電路來(lái)調(diào)節(jié)電磁超聲共振點(diǎn),控制信號(hào)的數(shù)量可以靈活變化,因?yàn)?EMAT)采用電磁鐵電磁超聲換能器,這個(gè)階段需要激勵(lì)源應(yīng)與50 Hz的頻率相一致的電磁鐵,并可調(diào)整0 ~ 180度之間。利用單片機(jī)控制的可編程邏輯器件(CPLD),數(shù)量的控制和對(duì)脈沖相位在CPLD完成。最后,上位機(jī)與單片機(jī)之間的通信可以產(chǎn)生頻率或數(shù)或相位可調(diào)。單片機(jī)的P0、P2口接CPLD作為地址和數(shù)據(jù)接口,P3.4,P3.5作為控制端口,當(dāng)單片機(jī)將在數(shù)量和脈沖相位寫(xiě)入CPLD,然后輸出何、羅兩互補(bǔ)單極方波信號(hào)。2.3功率放大器電路和阻抗匹配電路的設(shè)計(jì),以提高電磁超聲的強(qiáng)度,需要進(jìn)一步放大信號(hào)的功率。根據(jù)電磁超聲波的強(qiáng)度與電流的平方成正比,功率放大器電路可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)電流的放大。大功率管(MOSFET)半橋功率放大電路,功率放大電路。MOSFET的開(kāi)關(guān)速度快,能承受高壓力和高頻率特性、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小,沒(méi)有兩擊穿特性。門(mén)驅(qū)動(dòng)器的要求是,觸發(fā)脈沖是足夠快,上升和下降。為了使功率MOSFET充分,觸發(fā)脈沖的電壓較高,功率MOSFET。有許多類(lèi)型的MOSFET管,如stw15nb50,irf840,等。在對(duì)stw15nb50選擇的設(shè)計(jì),其最短的開(kāi)放時(shí)間是24 ns,關(guān)閉時(shí)間為15 ns,漏源電壓VDS可以達(dá)到500 V,脈沖峰值電流58 A,滿足設(shè)計(jì)要求。圖3是一個(gè)半橋功率放大電路,R1、R2 C1、C2電阻電橋;D1橋電容,D2為橋開(kāi)關(guān);吸收電路元件。其工作原理如下:兩逆變方波激勵(lì)信號(hào)分別連接到兩個(gè)開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上,當(dāng)何高,LO低,關(guān)閉Q2 Q1導(dǎo)通時(shí),通過(guò)穩(wěn)壓器初級(jí)充電電容C2,Q1的電流,和C1充電到Q1和穩(wěn)壓器初級(jí)放電。因此,在正半周期脈沖電壓輸出穩(wěn)壓器次級(jí)感應(yīng);當(dāng)何低,羅高,Q2觸發(fā),Q1關(guān)閉,通過(guò)電容C1和穩(wěn)壓器初級(jí)充電電流,和C2的電荷通過(guò)在負(fù)半周期脈沖電壓互感器二次感應(yīng)穩(wěn)壓器初級(jí)放電,從而形成一個(gè)工頻周期波形放大。由于功率放大器管工作在飽和區(qū)或伏安特性曲線的截止區(qū),集電極功耗是功率放大器的結(jié)果。降低到最小,從而提高放大器的能量轉(zhuǎn)換效率,使其能達(dá)到80%以上。IRF,MAX4428系列驅(qū)動(dòng)芯片或放大器電路可用于驅(qū)動(dòng)MOSFET管。然而,在MAX4428和一些其他的驅(qū)動(dòng)頻率只能集成驅(qū)動(dòng)芯片為200 kHz,并設(shè)計(jì)采用三極管驅(qū)動(dòng)電路圖4連接的頻率可以達(dá)到2 MHz,輸出無(wú)雜波和低成本,可以成功驅(qū)動(dòng)MOS管的開(kāi)/。為了使瞬時(shí)功率最大值的輸出,需要匹配探頭的阻抗。功率放大器的輸出阻抗補(bǔ)償,補(bǔ)償,電路的電感和電容的最大發(fā)射功率,電能轉(zhuǎn)化效率最高的能量,如圖3所示的匹配電路,虛線框,半橋逆變器輸出的傳輸線穩(wěn)壓器通過(guò)連接到傳感器的電容耦合。雙絞線傳輸線穩(wěn)壓器和磁電路,脈沖串的頻率在1 MHz的激勵(lì)源的輸出阻抗是50歐姆;由于被測(cè)工件
