100kW級寬頻電磁超聲激勵源的制作方法

本發(fā)明涉及無損檢測領域，具體而言，涉及一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源。

背景技術：

目前，石化、電力等行業(yè)存在眾多高溫管道、鍋爐和反應器等金屬設備。由于部分高溫金屬設備較難停機檢測或停機檢測成本太高，因此，迫切需求發(fā)展高溫金屬設備的在役檢測技術。目前，常用的壓電超聲檢測技術，由于耦合劑的揮發(fā)及壓電材料本身居里溫度的限制，使得它們較難對300℃以上設備進行現(xiàn)場有效檢測。

電磁超聲檢測技術無需耦合劑，同時由于電磁超聲檢測技術的非接觸特性，使得它特別適合于高溫金屬設備的無損檢測。但是溫度的升高，一方面，會引起待檢材料導電、導磁特性的變化，有時會導致電-聲能量轉換效率降低；另一方面，也會引起聲波傳播特性的改變。進一步地，由于高溫設備大多采用各種不銹鋼材料制造，例如，400～500℃高溫材料常用P11不銹鋼、500～600℃高溫材料常用12Cr1MoVG不銹鋼，而這些材料本身的導磁特性很弱，會使得檢測信號進一步衰減或信噪比降低。

目前，國內(nèi)外廣泛使用的電磁超聲檢測儀器的瞬態(tài)輸出功率均在數(shù)十千瓦以下。由于現(xiàn)有激勵源輸出功率的限制，使得該技術目前對于高溫金屬設備檢測信號信噪比較差，現(xiàn)有的技術中還未出現(xiàn)通過增大檢測設備輸出功率以提高檢測信號信噪比的技術方案。另外，不同材料在不同溫度范圍適合的檢測頻率不一樣，現(xiàn)有技術激勵源輸出信號帶寬較窄。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源，以至少解決現(xiàn)有技術中的電磁超聲檢測儀器的在較寬頻率范圍內(nèi)輸出功率較低的技術問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源，包括：信號發(fā)生器，用于生成第一組初始信號和第二組初始信號，其中，所述第一組初始信號和所述第二組初始信號為極性相反的信號，所述第一組初始信號中包含偶數(shù)個初始信號，所述第二組初始信號中包含偶數(shù)個初始信號；多路驅動電路，與所述信號發(fā)生器相連接，用于將所述第一組初始信號和所述第二組初始信號進行放大；多路開關電路，一路所述開關電路與一路所述驅動電路相連接，其中，所述多路開關電路依據(jù)放大之后的所述第一組初始信號和所述第二組初始信號調(diào)整運行狀態(tài)，其中，所述運行狀態(tài)包括導通或者關斷；選頻電路，所述選頻電路通過所述選頻電路的第一端和第二端分別與所述多路開關電路的相連接，所述選頻電路的輸出端與電磁超聲換能器相連接，其中，所述選頻電路依據(jù)所述運行狀態(tài)輸出目標信號，其中，所述目標信號用于激勵所述電磁超聲換能器在待檢結構中產(chǎn)生超聲波。

進一步地，所述多路驅動電路包括：第一組驅動電路，與所述信號發(fā)生器相連接，用于將所述第一組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，得到第一電壓信號組；第二組驅動電路，與所述信號發(fā)生器相連接，用于將所述第二組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，得到第二電壓信號組。

進一步地，所述第一組驅動電路組包括左臂高端驅動電路和右臂低端驅動電路，所述第二組驅動電路包括左臂低端驅動電路和右臂高端驅動電路。

進一步地，所述多路開關電路包括：第一開關組，與所述第一組驅動電路相連接，其中，當加載在所述第一開關組的第一端和第二端兩端的所述第一電壓信號組的電壓值滿足第一預設電壓時，所述第一開關導通組；第二開關組，與所述第二組驅動電路相連接，其中，當加載在所述第二開關組的第一端和第二端兩端的所述第二電壓信號組的電壓值滿足第二預設電壓時，所述第二開關組導通。

進一步地，所述第一開關組包括左臂高端開關和右臂低端開關，所述第二開關組包括左臂低端開關和右臂高端開關，其中，所述左臂高端開關包括至少一個第一場效應管，所述右臂低端開關包括至少一個第二場效應管，所述左臂低端開關包括至少一個第三場效應管，所述右臂高端開關包括至少一個第四場效應管。

進一步地，每個所述第一場效應管的漏極接高壓電源電路，每個所述第一場效應管的源極與所述選頻電路的左端相連接；每個所述第二場效應管源極接地，每個所述第二場效應管的漏極與所述選頻電路的右端相連接；每個所述第三場效應管的源極接地，每個所述第三場效應管的漏極與所述選頻電路的左端相連接；每個所述第四場效應管的漏極接高壓電源電路，每個所述第四場效應管的源極與所述選頻電路的右端相連接。

進一步地，所述選頻電路包括第一電容和變壓器，其中，所述第一電容的第一端與每個所述第一場效應管的源極和每個所述第三場效應管的漏極相連接，所述第一電容的第二端與所述變壓器原邊的第一端相連接，所述變壓器原邊的第二端與所述第二場效應管漏極和所述第四場效應管的源極相連接，所述變壓器的副邊與所述電磁超聲換能器相連接。

進一步地，還包括：高壓電源電路，所述電源電路的第一端分別與每個第一場效應管的漏極和所述每個第四場效應管的漏極相連接，所述高壓電源電路的第二端接地，所述高壓電源電路用于為所述選頻電路提供高電壓信號。

進一步地，所述多路驅動電路中每路驅動電路包括：數(shù)模隔離電路，與所述信號發(fā)生器相連接，用于隔離所述信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對所述100kW級寬頻電磁超聲激勵源中的模擬電路的干擾；場效應管驅動電路，分別與一路開關電路所述數(shù)模隔離電路相連接，用于向與之相連接的所述一路開關電路的輸入端輸出電壓信號，其中，所述電壓信號用于驅動所述一路場效應管導通或關斷。

進一步地，所述100kW級寬頻電磁超聲激勵源還包括：多個抑制電路，一個所述抑制電路與一路場效應管相連接，其中，所述抑制電路的第一端與所述一路場效應管的漏極相連接，所述抑制電路的第二端與所述一路場效應管的源極相連接。

進一步地，所述多個抑制電路中每個抑制電路包括第二電容、電阻和二極管，其中，所述第二電容與所述二極管串聯(lián)之后并聯(lián)在所述場效應管的源極和漏極，所述電阻并聯(lián)在所述二極管的兩端。

進一步地，所述多路開關電路中每個開關電路包括N個場效應管，其中，所述N個場效應管中每個場效應管的柵極相連接，并與所述場效應管驅動電路的輸出端相連接，所述每個場效應管的漏極相連接，所述每個場效應管的源極相連接，N為大于或者等于1的正整數(shù)。

進一步地，所述信號發(fā)生器包括現(xiàn)場可編程門陣列。

在本發(fā)明實施例中，通過多路驅動電路將信號發(fā)生器生成的第一組初始信號中的偶數(shù)個初始信號和第二組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，然后，使用放大之后的偶數(shù)個初始信號控制多路開關電路組成的橋式開關電路的運行狀態(tài)，進而，通過運行狀態(tài)調(diào)整選頻電路的輸出的目標信號，相對于現(xiàn)有技術中，本發(fā)明提供的100kW級寬頻電磁超聲激勵源達到了增大電磁超聲檢測儀器的輸出功率的目的，從而實現(xiàn)了減小電磁超聲檢測儀器的信噪比的技術效果，進而解決了現(xiàn)有技術中的電磁超聲檢測儀器的在較寬頻率范圍內(nèi)輸出功率較低的技術問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地100kW級寬頻電磁超聲激勵源的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種可選地100kW級寬頻電磁超聲激勵源的開關電路及選頻電路部分示意圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種左臂高端驅動電路的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種左臂低端驅動電路的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種右臂高端驅動電路的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種右臂低端驅動電路的示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種信號發(fā)生器的示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種目標信號的波形示意圖；以及

圖10是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選地目標信號的波形示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源的實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種100kW級寬頻電磁超聲激勵源的示意圖，如圖1所示，該100kW級寬頻電磁超聲激勵源包括：信號發(fā)生器101、多路驅動電路102、多路開關電路103和選頻電路104，其中：

信號發(fā)生器101，用于生成第一組初始信號和第二組初始信號，其中，第一組初始信號和第二組初始信號為極性相反的信號，第一組初始信號中包含偶數(shù)個初始信號，第二組初始信號中包含偶數(shù)個初始信號。

在本發(fā)明實施例中，第一組初始信號和第二組初始信號均為電壓信號，優(yōu)選地，初始信號為有限周期性方波信號。因此，在本發(fā)明中，采用信號發(fā)生器按照預設頻率發(fā)射有限周期方波信號，其中，發(fā)射的有限周期方波信號的頻率和占空比為預先設定好的。

如圖1所示，信號發(fā)生器通過端口1至端口4生成了4路初始信號，其中，端口1和端口3生成的信號為第一組初始信號，端口2和端口4生成的信號為第二組初始信號，其中，端口1和端口3生成的信號極性相同，周期相等，端口2和端口4生成的信號極性相同，周期相等，然而，端口1和端口2生成的信號極性相反，周期相等。

多路驅動電路102，與信號發(fā)生器相連接，用于將第一組初始信號和第二組初始信號進行放大。

在本發(fā)明實施例中，多路驅動電路102包括：第一組驅動電路和第二組驅動電路，其中，第一組驅動電路與信號發(fā)生器101相連接，用于將第一組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，得到第一電壓信號組；第二組驅動電路同樣與信號發(fā)生器101相連接，用于將第二組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，得到第二電壓信號組。

具體地，如圖1所示，第一組驅動電路包括左臂高端驅動電路1021和右臂低端驅動電路1023；第二組驅動電路包括左臂低端驅動電路1022和右臂高端驅動電路1024。

從圖1中可以看出，左臂高端驅動電路1021接收端口1輸出的信號，右臂高端驅動電路1024接收端口4輸出的信號，其中，端口1輸出的信號和端口4輸出的信號周期相同，極性相反；左臂低端驅動電路1022接收端口2輸出的信號，左臂低端驅動電路1023接收端口3輸出的信號，端口2輸出的信號和端口3輸出的信號周期相同，極性相反，但是端口1和端口3輸出的信號周期相同，極性相同。

多路開關電路103，一路開關電路與一路驅動電路相連接，其中，多路開關電路依據(jù)放大之后的第一組初始信號和第二組初始信號調(diào)整運行狀態(tài)，其中，運行狀態(tài)包括導通或者關斷。

在本發(fā)明實施例中，多路開關電路103包括：第一開關組和第二開關組，具體地，第一開關組與第一驅動電路組相連接，其中，當加載在第一開關組的第一端和第二端兩端的第一電壓信號組的電壓值滿足第一預設電壓時，第一開關導通組；第二開關組與第二驅動電路組相連接，其中，當加載在第二開關組的第一端和第二端兩端的第二電壓信號組的電壓值滿足第二預設電壓時，第二開關組導通。

具體地，如圖1所示，第一開關組包括左臂高端開關1031和右臂低端開關1033；第二開關組包括左臂低端開關1032和右臂高端開關1034，其中，左臂高端開關包括至少一個第一場效應管，右臂低端開關包括至少一個第二場效應管，左臂低端開關包括至少一個第三場效應管，右臂高端開關包括至少一個第四場效應管。具體地，第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管和第四場效應管之間的連接關系將在下述實施例中進行詳細說明。

從圖1中可以看出，左臂高端開關1031的輸出端6分別與選頻電路104的第一端12和左臂低端開關1032的輸入端15相連接，左臂高端開關1031的輸入端17與右臂高端開關1034的輸入端18相連接，并連接在高壓電源電路的輸出端，右臂高端開關1034的輸出端9分別與選頻電路104的第二端13和右臂低端開關1033的輸入端16相連接，左臂低端開關的輸出端8和右臂低端開關的輸出端11接地。其中，當加載在1031兩端(即，5和6兩端)的第一電壓信號大于或者等于第一預設電壓時，1031中的能量轉換器件導通；當加載在1033兩端(即，10和11兩端)的第一電壓信號大于或者等于第一預設電壓時，1033中的能量轉換器件導通；當加載在1032兩端(即，7和8)的第二電壓信號大于或者等于第二預設電壓時，1032中的能量轉換器件導通；當加載在1034兩端(即，9和17兩端)的第二電壓信號大于或者等于第二預設電壓時，1034中的能量轉換器件導通。

從圖1中可以看出，在本發(fā)明實施例中，上述左臂高端開關1031、左臂低端開關1032、右臂低端開關1033和右臂高端開關1034構成一個全橋式的驅動電路，當1031、1032、1033和1034交替導通時，實現(xiàn)選頻電路輸出周期性的高壓脈沖方波信號(即，目標信號)。

從圖1中可以看出，1021的端口5’與1031的端口5相連接，1021的端口6’與1031的端口6相連接，其中，端口6和端口6’未直接接地。因此，1021在1031兩端形成懸浮驅動電路，以驅動1031的導通或者關斷。

1022的端口7’與1032的端口7相連接，1022的端口8’與1032的端口8相連接，其中，端口8和端口8’直接接地，因此，1022在1031兩端未形成懸浮驅動電路。

1023的端口10’與1033的端口10相連接，1023的端口11’與1033的端口11相連接，其中，端口11和端口11’直接接地。因此，1023在1033兩端未形成懸浮驅動電路。

1024的端口9’與1034的端口9相連接，1024的端口17’與1034的端口17相連接，其中，端口9和端口9’未直接接地。因此，1024在1034兩端形成懸浮驅動電路，以驅動1034的導通或者關斷。

選頻電路104，選頻電路的左端和右端分別與多路開關電路的一端相連接，選頻電路的輸出端與電磁超聲換能器相連接，其中，選頻電路依據(jù)運行狀態(tài)輸出目標信號，其中，目標信號用于激勵電磁超聲換能器在待檢結構中產(chǎn)生超聲波。

在本發(fā)明實施例中，通過多路驅動電路將信號發(fā)生器生成的第一組初始信號中的偶數(shù)個初始信號和第二組初始信號中的偶數(shù)個初始信號進行放大，然后，使用放大之后的偶數(shù)個初始信號控制多路開關電路組成的橋式開關電路的運行狀態(tài)，進而，通過運行狀態(tài)調(diào)整選頻電路的輸出的目標信號，其中，輸出的目標信號為高電壓信號，相對于現(xiàn)有技術中，本發(fā)明提供的100kW級寬頻電磁超聲激勵源達到了增大電磁超聲檢測儀器的輸出功率的目的，從而實現(xiàn)了減小電磁超聲檢測儀器的信噪比的技術效果，進而解決了現(xiàn)有技術中的電磁超聲檢測儀器的在較寬頻率范圍內(nèi)輸出功率較低的技術問題。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，信號發(fā)生器101又可以稱為主控電路。

具體地，如圖1所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源的工作原理如下：

在本發(fā)明實施例中，主控電路用于發(fā)射四路有限周期性方波信號，其中，周期性方波信號的發(fā)射頻率和周期為預先設定的，其中，端口1和端口3輸出的周期性方波信號的極性相同，端口2和端口4輸出的周期性方波信號的極性相同。端口1和端口3輸出的方波信號分別為左臂高端驅動電路1021和右臂低端驅動電路1023提供兩路周期性方波信號；端口2和端口4輸出的方波信號分別為左臂低端驅動電路1022和右臂高端驅動電路1024提供的兩路周期性方波信號極性相同，其中，為左臂高端驅動電路和左臂低端驅動電路提供方波信號的極性必須相反，為右臂高端驅動電路和右臂低端驅動電路提供方波信號的極性也必須相反。

左臂高端驅動電路1021主要用于將輸入其中的一路周期方波信號(即，端口1輸出的初始信號)進行功率放大，并將功率放大后的驅動信號直接加載在左臂高端開關1031的輸入級和選頻電路104的左端；右臂低端驅動電路1023主要用于將輸入其中的一路周期方波信號(即，端口3輸出的初始信號)進行功率放大，并將功率放大后的驅動信號直接加載在右臂低端開關1033的輸入級和地電位之間。右臂高端驅動電路1024主要用于將輸入其中的一路反極性多個周期方波信號(即，端口4輸出的初始信號)進行功率放大，并將功率放大后的驅動信號直接加載在右臂高端開關1034的輸入級和選頻電路104的右端；左臂低端驅動電路1022主要用于將輸入其中的一路反極性多個周期方波信號(即，端口2輸出的初始信號)進行功率放大，并將功率放大后的驅動信號直接加載在左臂低端開關1032的輸入級和地電位之間。

在本發(fā)明實施例中，左臂高端開關、右臂高端開關、左臂低端開關和右臂低端開關中均包含能量轉換器件。由于端口1輸出的初始信號和端口2輸出的初始信號的極性相反，因此，當左臂高端開關和右臂低端開關中的能量轉換器件導通時，左臂低端開關和右臂高端開關中的能量轉換器件關斷；相反地，當左臂高端開關和右臂低端開關中的能量轉換器件關斷時，左臂低端開關和右臂高端開關中的能量轉換器件導通。

具體地，左臂高端驅動電路1021輸出的高電平信號(即，一路第一電壓信號)控制左臂高端開關1031中的能量轉換器件的導通，使得選頻電路104的第一端12與高壓電源在此期間導通。同時，右臂低端驅動電路1023輸出的高電平信號(即，另一路第一電壓信號)控制右臂低開關1033中的能量轉換器件導通，使得選頻電路104的第二端13與地電位在此期間導通。

當1031和1033導通時，選頻電路將來自左臂高端開關中能量轉換器件的高電壓脈沖與來自右臂低端開關中能量轉換器件的低電位分別加載在選頻電路網(wǎng)絡的左右端，進而，從選頻電路的輸出端口為電磁超聲換能器105的輸出端口提供高電壓信號(即，目標信號)。

上述右臂高端驅動電路1024輸出的高電平信號(即，一路第二電壓信號)控制右臂高端開關1034中的能量轉換器件導通，使得選頻電路104第二端13與電源電路106在此期間導通。同時，左臂低端驅動電路1022輸出的高電平信號(即，另一路第二電壓信號)控制左臂低端開關1032中的能量轉換器件導通，使得選頻電路104的第一端12與地電位在此期間導通。

當1032和1034導通時，選頻電路將來自右臂高端開關1034中能量轉換器件的高電壓脈沖與來自左臂低端開關1032中的能量轉換器件輸出的低電位分別加載在選頻電路的右左輸入端，并從選頻電路的輸出端口為電磁超聲換能器的輸出端口提供地電位。

作為本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，可以將圖1等效為如圖2的電路圖，圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種可選地100kW級寬頻電磁超聲激勵源的示意圖。

在本發(fā)明的一個可選實施方式中，多路開關電路中每個開關電路包括場效應管，其中，場效應管的柵極與驅動電路的輸出端相連接。

在本發(fā)明的另一個可選實施方式中，多路開關電路中的第一開關組包括左臂高端開關和右臂低端開關，多路開關電路中的第二開關組包括左臂低端開關和右臂高端開關，其中，左臂高端開關包括至少一個第一場效應管，右臂低端開關包括至少一個第二場效應管，左臂低端開關包括至少一個第三場效應管，右臂高端開關包括至少一個第四場效應管。也即，每個開關電路包括N個場效應管，其中，N個場效應管中每個場效應管的柵極相連接，并與驅動電路的輸出端相連接，每個場效應管的漏極相連接，每個場效應管的源極相連接，N為大于或者等于1的正整數(shù)。也就是說，在本發(fā)明實施例中，多路驅動電路中的每個驅動電路可以由一個場效應管組成，還可以由N個場效應管并聯(lián)而成。

在如圖2所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源中，以每個開關電路中包含一個場效應管為例進行說明，具體地，上述左臂高端開關即為圖2中的M1，左臂低端開關即為圖2中的M2，右臂高端開關即為圖2中的M3，右臂低端開關即為圖2中的M4。

從圖2中可以看出，每個第一場效應管(例如，M1)的漏極接高電壓，每個所述第一場效應管(例如，M1)的源極與選頻電路的第一端相連接；每個第二場效應管(例如，M4)源極接地，每個第二場效應管(例如，M4)的漏極與選頻電路的第二端相連接；每個第三場效應管的源極接地，每個第三場效應管(例如，M2)的漏極與選頻電路的左端相連接；每個第四場效應管(例如，M3)的漏極接高電壓，每個第四場效應管(例如，M3)的源極與選頻電路的右端相連接。通過圖2可知，M1和M3的源極并未直接接地，而是接在了選頻電路的兩端，然而，M2和M4的源極直接接在地端。

在本發(fā)明的另一個可選實施方式中，100kW級寬頻電磁超聲激勵源還包括：多個抑制電路，一個抑制電路與一路場效應管相連接，其中，抑制電路的第一端與一路場效應管的漏極相連接，抑制電路的第二端與一路場效應管的源極相連接。

進一步地，多個抑制電路中每個抑制電路包括第二電容、電阻和二極管，其中，第二電容與二極管串聯(lián)之后并聯(lián)在場效應管的源極和漏極，電阻并聯(lián)在二極管的兩端。

如圖2所示，與場效應管M1相連接的抑制電路由第二電容C1、電阻R1和二極管D1組成；與場效應管M2相連接的抑制電路由第二電容C2、電阻R2和二極管D2組成；與場效應管M3相連接的抑制電路由第二電容C3、電阻R3和二極管D3組成；與場效應管M4相連接的抑制電路由第二電容C4、電阻R4和二極管D4組成。

在本發(fā)明的一個可選實施方式中，選頻電路包括：第一電容和變壓器，其中，第一電容的第一端與左臂高端開關的輸出端相連接，第一電容的第二端與變壓器原邊的第一端相連接，變壓器原邊的第二端與右臂高端開關的輸出端相連接，變壓器的副邊與電磁超聲換能器相連接。

如圖2所示，選頻電路包括第一電容C5和變壓器TX，其中，第一電容C5的第一端與M1的源極相連接，第一電容C5的第二端與變壓器TX的原邊的第一端相連接，變壓器原邊的第二端與M3的源極相連接，變壓器的副邊與負載(Load)相連接。

如圖2所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源的工作原理如下：

圖1中信號發(fā)生器101和左臂高端驅動電路1021處理之后輸出的第一電壓信號可等效為圖2中驅動源V1發(fā)射的周期性方波信號。圖1中信號發(fā)生器101和左臂低端驅動電路1022處理之后輸出的第二電壓信號可等效為驅動源V2發(fā)射的周期性方波信號。圖1中信號發(fā)生器101和右臂高端驅動電路1023處理之后輸出的第二電壓信號可等效為圖2中驅動源V3發(fā)射的周期性方波信號；圖1中信號發(fā)生器101和右臂低端驅動電路1024處理之后輸出的第一電壓信號可等效為圖2中驅動源V4發(fā)射的周期性方波信號。需要說明的是，上述驅動源V1、驅動源V2、驅動源V3和驅動源V4均為理想驅動源。

在如圖2所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源中，M1，M2，M3和M4均選取為N溝道功率場效應管。在圖2中，由D1、C1、R1構成的抑制電路又可以稱為高端尖峰抑制電路，該高端尖峰抑制電路用于抑制能量轉換器件M1開關特性帶來的尖峰抖動。由D2、C2、R2構成的抑制電路有可以稱為低端尖峰抑制電路，該低端尖峰抑制電路用于抑制能量轉換器件M2開關特性帶來的尖峰抖動。由D3、C3、R3構成的抑制電路又可以稱為高端尖峰抑制電路，該高端尖峰抑制電路用于抑制能量轉換器件M3開關特性帶來的尖峰抖動。由D4、C4、R4構成的抑制電路又可以稱為低端尖峰抑制電路，該低端尖峰抑制電路用于抑制能量轉換器件M4開關特性帶來的尖峰抖動。

從圖2中可以看出，V1的低壓輸出端懸浮加載在選頻電路104的左端(即，第一電容C5的第一端)和場效應管M1的源極，V1的高壓輸出端加載在N溝道功率場效應管M1的柵極，由于M1的源極未直接接地，因此，驅動源V1形成懸浮驅動，并以懸浮驅動的方式的驅動場效應管M1。當V1輸出周期性方波中的高電平驅動信號(即，第一初始信號)時，在N溝道功率場效應管M1的柵極和源極形成一定的壓差(即，第一預設電壓)，使得N溝道功率場效應管M1的漏極和源極導通，并將C5的一端經(jīng)M1的導通電阻與高壓電源VH導通，從而為選頻電路左輸入端提供高壓。同時，V4的低壓輸出端應連接地平面，V4的高壓輸出端加載在N溝道功率場效應管M4的柵極，V4輸出的周期性方波中的高電平驅動信號在N溝道功率場效應管M4的柵極和源極形成一定的壓差(即，第一預設電壓)，使得N溝道功率場效應管M4的漏極和源極導通，將選頻電路的右輸入端經(jīng)M4的導通電阻與地電位導通，從而為選頻電路右輸入端提供較低電位，此時，場效應管M2、M3應處于關閉狀態(tài)。

綜上，在M1、M4導通，而M2、M3關閉期間，選頻電路左端的高壓和右端的低壓將在電容C5的另一端和變壓器TX的原邊第1端形成近似2倍于選頻網(wǎng)絡左端的高壓，而變壓器TX的原邊第2端為較低電壓，從而在變壓器副邊感應出略低于2倍于選頻網(wǎng)絡左輸入端的高壓信號的高電壓。

從圖2中可以看出，V3的低壓輸出端懸浮加載在選頻電路的右輸入端(即，變壓器TX原邊的第二端)和場效應管M3的源極，V3的高壓輸出端加載在N溝道功率場效應管M3的柵極，由于M3的源極未直接接地，因此，驅動源V3形成懸浮驅動，并以懸浮驅動的方式的驅動場效應管M3。當V3輸出周期性方波中的高電平驅動信號(即，第二初始信號)時，在N溝道功率場效應管M3的柵極和源極形成一定的壓差(即，第二預設電壓)，使得N溝道功率場效應管M3的漏極和源極導通，并將選頻電路的右輸入端經(jīng)M3的導通電阻與高壓電源VH導通，從而為選頻電路右輸入端提供高壓。同時，V2的低壓輸出端應連接地平面，V2的高壓輸出端加載在N溝道功率場效應管M2的柵極，V2輸出的周期性方波中的高電平驅動信號在N溝道功率場效應管M2的柵極和源極形成一定的壓差(即，第二預設電壓)，使得N溝道功率場效應管M2的漏極和源極導通，將選頻電路的左端經(jīng)M2的導通電阻與地電位導通，從而為選頻電路左端提供較低電位，此時，場效應管M1、M4應處于關閉狀態(tài)。

綜上，在M2、M3導通，而M1、M4關閉期間，選頻電路右端的高壓和左端的低壓將在變壓器TX原邊的第1端、第2端形成電位相等的高壓，從而在變壓器副邊感應出的電壓差近似為零。

在本發(fā)明的一個可選實施方式中，圖1中所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源還可以等效為圖3至圖7中所示的100kW級寬頻電磁超聲激勵源，下面將結合圖3至圖7對本發(fā)明實施例進行說明。圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種可選地100kW級寬頻電磁超聲激勵源的開關電路及選頻電路部分示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種左臂高端驅動電路的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種左臂低端驅動電路的示意圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種右臂高端驅動電路的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種右臂低端驅動電路的示意圖。

在本發(fā)明的一個可選實施方式中，多路驅動電路中每路驅動電路包括：數(shù)模隔離電路，與信號發(fā)生器相連接，用于隔離信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對100kW級寬頻電磁超聲激勵源中的模擬電路的干擾；場效應管驅動電路，分別與一路開關電路數(shù)模隔離電路相連接，用于向與之相連接的一路開關電路的輸入端輸出電壓信號，其中，電壓信號用于驅動一路場效應管導通或關斷。

通過上述描述可知，在本發(fā)明實施例中，多路驅動電路包括左臂高端驅動電路，右臂高端驅動電路，左臂低端驅動電路，右臂低端驅動電路。

如圖4所示的即為左臂高端驅動電路的示意圖，如圖4所示，左臂高端驅動電路包括：數(shù)模隔離電路ISO_L_H和場效應管驅動電路DRIVER_L_H。其中，數(shù)模隔離電路ISO_L_H通過管腳2與信號發(fā)生器相連接，用于隔離放大信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對后續(xù)模擬電路的干擾；然后數(shù)模隔離電路ISO_L_H通過管腳6將隔離之后的第一初始信號輸入至場效應管驅動電路DRIVER_L_H中。進而，場效應管驅動電路DRIVER_L_H就可以通過管腳7輸出第一電壓信號至與之連接場效應管中(即，如圖3中DRV_L_H網(wǎng)絡接口所示的端口)，以驅動與之連接場效應管的導通或者關斷。從圖4中可以看出，數(shù)模隔離電路ISO_L_H的管腳7和管腳5，與場效應管驅動電路DRIVER_L_H的管腳4、管腳5和管腳6相連接，均連接在網(wǎng)絡標號Floating_L_GND所示的接口中，其中，F(xiàn)loating_L_GND接口是懸浮接地接口，用于實現(xiàn)懸浮驅動。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，圖4中ISO_L_H的管腳4與數(shù)字接地端相連接。

如圖5所示的即為左臂低端驅動電路的示意圖，如圖5所示，左臂低端驅動電路包括：數(shù)模隔離電路ISO_L_L和場效應管驅動電路DRIVER_L_L。其中，數(shù)模隔離電路ISO_L_L通過管腳2與信號發(fā)生器相連接，用于隔離放大信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對后續(xù)模擬電路的干擾；然后數(shù)模隔離電路ISO_L_L通過管腳6將隔離之后的第二初始信號輸入至場效應管驅動電路DRIVER_L_H中。進而，場效應管驅動電路DRIVER_L_L就可以通過管腳7輸出第二電壓信號至與之連接場效應管中(即，如圖3中DRV_L_L網(wǎng)絡接口所示的端口)，以驅動與之連接場效應管的導通或者關斷。從圖5中可以看出，數(shù)模隔離電路ISO_L_L的管腳7和管腳5，與場效應管驅動電路DRIVER_L_H的管腳4、管腳5和管腳6相連接，均直接接模擬地。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，圖5中ISO_L_L的管腳4與數(shù)字接地端相連接。

如圖6所示的即為右臂高端驅動電路的示意圖，如圖6所示，右臂高端驅動電路包括：數(shù)模隔離電路ISO_R_H和場效應管驅動電路DRIVER_R_H。其中，數(shù)模隔離電路ISO_R_H通過管腳2與信號發(fā)生器相連接，用于隔離放大信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對后續(xù)模擬電路的干擾；然后數(shù)模隔離電路ISO_R_H通過管腳6將隔離之后的第二初始信號輸入至場效應管驅動電路DRIVER_R_H中。進而，場效應管驅動電路DRIVER_R_H就可以通過管腳7輸出第一電壓信號至與之連接場效應管中(即，如圖3中DRV_R_H網(wǎng)絡接口所示的端口)，以驅動與之連接場效應管的導通或者關斷。從圖6中可以看出，數(shù)模隔離電路ISO_R_H的管腳7和管腳5，與場效應管驅動電路DRIVER_R_H的管腳4、管腳5和管腳6相連接，均連接在網(wǎng)絡標號Floating_R_GND所示的接口中，其中，F(xiàn)loating_R_GND接口是懸浮接地接口，用于實現(xiàn)懸浮驅動。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，圖6中ISO_R_H的管腳4與數(shù)字接地端相連接。

如圖7所示的即為右臂低端驅動電路的示意圖，如圖7所示，右臂低端驅動電路包括：數(shù)模隔離電路ISO_R_L和場效應管驅動電路DRIVER_R_L。其中，數(shù)模隔離電路ISO_R_L通過管腳2與信號發(fā)生器相連接，用于隔離放大信號發(fā)生器中的數(shù)字電路對后續(xù)模擬電路的干擾；然后數(shù)模隔離電路ISO_R_L通過管腳6將隔離之后的第二初始信號輸入至場效應管驅動電路DRIVER_R_H中。進而，場效應管驅動電路DRIVER_R_L就可以通過管腳7輸出第二電壓信號至與之連接場效應管中(即，如圖3中DRV_R_L網(wǎng)絡接口所示的端口)，以驅動與之連接場效應管的導通或者關斷。從圖7中可以看出，數(shù)模隔離電路ISO_R_L的管腳7和管腳5，與場效應管驅動電路DRIVER_R_H的管腳4、管腳5和管腳6相連接，均直接接模擬地。需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，圖7中ISO_R_L的管腳4與數(shù)字接地端相連接。

如圖8所示的為信號發(fā)生器的示意圖，從圖8中可以看出，在本發(fā)明實施例中，信號發(fā)生器選取的為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。FPGA的四個端口IO1至IO4用于輸出四路信號，其中，通過端口IO1和IO4輸出的信號即為第一組初始信號，通過端口IO2和IO3輸出的信號即為第二組初始信號。圖8中的網(wǎng)絡標號IN_L_H表示該端口與圖4中的網(wǎng)絡標號IN_L_H相連接，圖8中的網(wǎng)絡標號IN_L_L表示該端口與圖5中的網(wǎng)絡標號IN_L_L相連接，圖8中的網(wǎng)絡標號IN_R_H表示該端口與圖6中的網(wǎng)絡標號IN_R_H相連接，圖8中的網(wǎng)絡標號IN_R_L表示該端口與圖7中的網(wǎng)絡標號IN_R_L相連接。

當FPGA作為信號發(fā)生器時，圖8中所示的4個IO口輸出4路周期性方波信號，其中，端口IO1和端口IO4輸出的信號的極性相同，端口IO2和端口IO3輸出的信號的極性相同，并且端口IO1至端口IO4輸出的方波信號的周期相同，但IO1、IO2輸出方波信號的極性必須相反。

如圖3所示，左臂高端開關包含高端開關器件，其中，高端開關器件(即，能量轉換器件)選取為N溝道的功率場效應管M1；由D1、C1、R1構成的電路為高端尖峰抑制電路。左臂低端開關包含低端開關器件，其中，低端開關器件(即，能量轉換器件)選取為N溝道的功率場效應管M2；由D2、C2、R2構成的電路為低端尖峰抑制電路。右臂高端開關包含高端開關器件，其中，高端開關器件(即，能量轉換器件)選取為N溝道的功率場效應管M3；由D3、C3、R3構成的電路為高端尖峰抑制電路。右臂低端開關包含低端開關器件，其中，低端開關器件(即，能量轉換器件)選取為N溝道的功率場效應管M4；由D4、C4、R4構成的電路為低端尖峰抑制電路；電容C5和變壓器TX組成選頻網(wǎng)絡；Load為電磁超聲傳感器等效負載。

當FPGA的IO1、IO4發(fā)送相同頻率、相同極性的周期性方波信號，而IO2、IO3發(fā)送頻率相同，但與IO1發(fā)送的信號極性相反的方波信號時，為便于計算整個電路的輸出功率，在本發(fā)明實施例中，選取8Ω的大功率電阻作為負載。當FPGA輸出的信號頻率為1MHz、8MHz時，負載Load的輸出電壓分別如圖9和圖10所示。從圖9和圖10可知，輸出的電壓幅值(即，目標信號的幅值)最高可達920V，其最大瞬態(tài)輸出功率均最大可達100kW。因此，采用本發(fā)明實施例中提出的100kW級寬頻電磁超聲激勵源，可以實現(xiàn)輸出的最大功率為100kW，為提高該技術對高溫金屬設備的在役檢測提供儀器支撐。

為了增大100kW級寬頻電磁超聲激勵源的輸出功率，在本發(fā)明采用由N溝道場效應管構成的全橋結構(即，上述高端開關組和低端開關組)作為激勵源輸出級，可將100kW級寬頻電磁超聲激勵源的輸出功率增大至100kW。

為了提高100kW級寬頻電磁超聲激勵源輸出信號的頻率，本發(fā)明采用數(shù)模隔離電路以實現(xiàn)上述電路中數(shù)字部分和模擬部分的隔離，同時，在采用高速驅動電路實現(xiàn)的全橋結構中，由于N溝道場效應管的快速驅動可有效拓展100kW級寬頻電磁超聲激勵源輸出的高壓脈沖信號的帶寬。

總結起來，本發(fā)明實施例提供的100kW級寬頻電磁超聲激勵源主要包括以下優(yōu)點：

從增大輸出功率角度，本發(fā)明實施例采用由N溝道場效應管構成的全橋結構作為激勵源輸出級。由于N溝道場效應管導通電阻小，在開關電路部分消耗的功率小，因此，N溝道場效應管漏源極可承受高達數(shù)百安培的瞬態(tài)電流。進一步地，通過設置合適的電源電路的電壓，可將100kW級寬頻電磁超聲激勵源的輸出功率增大至100kW以上，以解決現(xiàn)有技術所制作的激勵源輸出功率相對較小的問題。

從提高輸出信號頻率的角度，采用數(shù)模隔離電路實現(xiàn)數(shù)字電路部分和模擬電路部分的隔離，可有效減小數(shù)字信號對模擬電路部分的干擾，采用場效應管高速驅動電路實現(xiàn)全橋結構中N溝道場效應管的快速驅動，可有效拓展輸出高壓脈沖信號的帶寬。

上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內(nèi)容，可通過其它的方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、服務器或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。