一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器。多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，包括主控單元、高壓電源控制單元、模數轉換電路和多組高壓發射通道，多組高壓發射通道結構完全相同；主控單元通過串口接收計算機命令，利用外觸發或定時方式啟動信號發生器工作，同時提供同步參考信號；高壓電源控制單元、模數轉換電路和高壓發射通道的控制信號來自主控單元；高壓電源控制單元為高壓發射通道的電容充電提供能量；模數轉換電路通過電阻分壓方式采集組高壓發射通道的充電電壓。本發明不但實現了多路脈沖相控聲波信號發生器輸出電壓的精確調節，而且發射延時和發射脈沖控制寬度也可精確調節，電路結構簡單。
【專利說明】一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器
【技術領域】
[0001]本發明屬于作業、運輸分類中的一般機械振動的發生或傳遞領域，具體地，涉及一種應用于測井聲波激勵的多通道脈沖相控聲波信號發生器，尤其涉及一種輸出激勵信號幅度、發射延時和發射控制脈沖寬度都精確可調的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器。
【背景技術】
[0002]在相控聲波技術中，通過選擇相控線陣換能器陣元個數、激勵順序、激勵間隔、激勵強度和聲源頻率等參數，可以實現輻射聲束偏轉和聲束主瓣角寬的控制，使輻射的聲波具有指向性，不同的輻射聲場強度，有助于增大探測深度、提高測量信號的信噪比，提高測量分辨率。
[0003]相控陣聲波換能器通常由十幾片或上百片，盡管一次只需要激勵換能器陣中的一部分單元，但有些情況下也需要幾十個通道同時激勵。在脈沖信號發生器中，各個激勵通道的激勵信號的幅度、延時、脈沖寬度分別決定換能器陣元的激勵強度、激勵順序和頻率。
[0004]采用脈沖信號實現相控時，激勵信號的幅度，是通過調節脈沖變壓器的輸入電壓來實現的，由于通道多，直接調節高壓電源的輸出來實現激勵強度的調節，電路將變得非常復雜和龐大，不容易實現。發明專利ZL200610098676.4提出了利用DSP控制儲能電容充電時間來實現激勵幅度的調節，電路變得簡化易于實現，但該專利為了井下實現方便，充電電源使用了脈動直流，精度不高，而且電容容量不一致、漏電性能有很大不同，而且隨時間老化程度不一致，造成容量、漏電流的變化也不同，很難精確調節。
[0005]由于相控激勵信號發生器通道多，各個通道需要獨立的發射延時和發射脈沖寬度，單獨一個通道的控制時序雖然不復雜，但幾十個通道的控制邏輯就非常復雜，DSP等處理器無法做到幾十個通道精確同步控制，而CPLD等低密度邏輯器件是需要多片才行，電路設計復雜。
[0006]目前標準的聲波脈沖激勵信號發生器通道比較少、幅度不可變，發射時刻和發射脈沖寬度很難靈活調節，而且多數通道不相關，不能實現精確相控功能，需要采用大規模集成電路來簡化系統設計。
【發明內容】
[0007]為了解決現有技術中多通道聲波脈沖激勵信號發生器輸出電壓幅度、發射延時和發射控制脈沖信號寬度很難精確調節的難題，本發明提供了一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，該信號發生器輸出電壓幅度、延時和幅度都可以精確調節。
[0008]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下:
[0009]一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，包括主控單元、高壓電源控制單元、模數轉換電路和多組高壓發射通道，多組高壓發射通道結構完全相同；其特征在于:主控單元通過串口接收計算機命令，利用外觸發或定時方式啟動信號發生器工作，同時為數據采集系統提供采集同步參考信號；高壓電源控制單元、模數轉換電路和高壓發射通道的控制信號來自主控單元；高壓電源控制單元為高壓發射通道的電容充電提供能量；模數轉換電路通過電阻分壓方式采集各組高壓發射通道儲能電容的充電電壓；主控單元完成充電控制、充電時間修正、發射延時和發射控制脈沖信號寬度等的低壓邏輯控制。主控單元通過高壓電源控制單元控制高壓發射通道儲能電容的充電時間，充電時間決定高壓發射通道儲能電容的充電電壓，高壓發射通道儲能電容的充電電壓決定高壓發射通道發射變壓器輸入電壓，通過改變高壓發射通道儲能電容的充電時間來完成高壓發射通道發射變壓器輸出信號的電壓幅度調節，實現幅度相控；主控單元控制模數轉換電路測量各個高壓發射通道儲能電容的充電電壓值，分析對各個電容特效不一致造成的充電電壓的誤差，然后修正各個儲能通道電容充電時間，來完成輸出電壓的精確控制，實現精確幅度相控；主控單元I通過調節各個通道發射延時和脈沖寬度，完成聲波精確的時間相控。
[0010]優選地，主控單元，包括軟核處理器，各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊，及所有通道共用的放電控制模塊、電源開關控制模塊和模數轉換控制。各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊結構完全相同，計數時鐘IOOMHz。
[0011]優選地，充電時間控制模塊由32位計數器構成，控制儲能電容的充電時間，所有充電時間控制模塊串行級聯，實現各個通道的高壓電容依次充電。
[0012]優選地，發射延時控制模塊由32位計數器構成，外觸發或定時方式啟動信號到來時，所有通道的發射延時控制模塊同時開始計數，當計數到設定值時，觸發對應通道的發射脈沖寬度控制模塊工作，輸出發射控制脈沖；
[0013]發射脈沖寬度控制模塊由32位計數器構成，用來設置各個發射變壓器的激勵脈沖的寬度，可實現對聲波換能器進行激勵頻率的調節；
[0014]電源開關控制模塊由寄存器構成，控制高壓電源的通斷，在充電時打開，其它時間關閉；
[0015]放電控制模塊由寄存器構成，控制所有通道的高壓電容的放電，在充電前需要釋放儲能電容的殘余電量，避免對電容充電電壓造成累積誤差；
[0016]模數轉換控制模塊由現場可編程門陣列內部資源編程實現，通過串行總線讀取模數轉換電路采集的儲能電容的電壓值。控制程序利用各通道儲能電容的電壓值，修正儲能電容特性不一致造成的充電時間誤差。
[0017]優選地，高壓電源控制單元由P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)、光耦驅動和充電電阻構成，所有通道共用；主控單元輸出的電源控制信號通過隔離驅動后，控制P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通與關斷。
[0018]優選地，模數轉換電路3主要由4片八通道模數轉換器組成，儲能電容的電壓經電阻分壓后，接到模數轉換器的輸入，每個通道的輸入對應一個通道的儲能電容。主控單元I通過串行總線讀取儲能電容的電壓值。
[0019]優選地，高壓發射通道由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、續流高壓二極管、發射變壓器、儲能電容和儲能電容分壓電阻構成；各個高壓發射通道結構完全相同，分壓電阻衰減儲能電容的充電電壓到模數轉換器的輸入，方便模數轉換電路測量。
[0020]優選地，充電高壓控制功能由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和儲能電容完成，在主控單元的控制下，逐次驅動各個通道的充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通；
[0021]聲波發射功能由驅動電路、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、儲能電容、續流高壓二極管和發射變壓器完成；主控單的發射控制信號被驅動電路驅動以后，控制發射金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通，利用發射變壓器把儲能電容的能量加載到聲波換能器上，控制脈沖的寬度以決定激勵信號的頻率，各個通道的激勵延時不同，實現時間相控；
[0022]放電功能由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和儲能電容完成，主控單元輸出的放電和充電控制信號，驅動所有通道的放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通，使所有儲能電容進行放電；
[0023]驅動電路把高電平邏輯控制信號放大成大電流信號后，驅動控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的快速導通與截止。
[0024]優選地，充電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容低電壓端與地導通與關斷，只有對某通道高壓電容進行充電、發射及放電時，該通道的充電金氧半場效晶體管(MOSFET)才導通，對其它通道充電、發射及放電時，該通道金氧半場效晶體管(MOSFET)截止;
[0025]放電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容高電壓端與地導通與關斷，當儲能電容充電時，放電金氧半場效晶體管(MOSFET)導通，其它時間該金氧半場效晶體管(MOSFET)截止；
[0026]發射金氧半場效晶體管(MOSFET)控制發射變壓器激勵聲波換能器，發射金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通時間決定發射聲波信號的頻率；
[0027]發射變壓器在發射控制信號的控制下把儲能電容的能量加載到聲波換能器上，發射能量由儲能電容的能量決定，發射電壓由變壓器的變比和儲能電容的充電電壓決定。
[0028]優選地，高壓發射通道4共32組，高壓直流電壓采用400V穩壓電源。
[0029]相對于現有技術，本發明的有益效果如下:不但實現了多路脈沖相控聲波信號發生器輸出電壓的精確調節，而且發射延時和發射脈沖控制寬度也可精確調節，電路結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器結構示意圖。
[0031 ] 圖2是主控單元結構示意圖。
[0032]圖中:1、主控單元，2、高壓電源控制單元，3、模數轉換電路，4、高壓發射通道。【具體實施方式】
[0033]如圖1所示，多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，包括主控單元1、高壓電源控制單元2、模數轉換電路3和多組高壓發射通道4，高壓發射通道4共32組，結構完全相同。
[0034]如圖1、圖2所示，主控單元I通過串口接收計算機命令，利用外觸發或定時方式啟動信號發生器工作，同時為數據采集系統提供采集同步參考信號；高壓電源控制單元2、模數轉換電路3和32組高壓發射通道4的控制信號來自主控單元I ;高壓電源控制單元2為32組高壓發射通道4的電容充電提供能量；模數轉換電路3通過電阻分壓方式采集32組高壓發射通道4的充電電壓。主控單元I完成充電控制、充電時間修正、發射延時和發射控制脈沖信號寬度等的低壓邏輯控制。主控單元I通過高壓電源控制單元2控制高壓發射通道4儲能電容的充電時間,充電時間決定發射變壓器輸入電壓，來完成發射變壓器輸出信號的電壓幅度調節，實現幅度相控。主控單元I控制模數轉換電路3測量各個高壓發射通道4儲能電容的充電電壓值，分析對各個電容特效不一致造成的充電電壓的誤差，然后修正各個儲能通道電容充電時間，來完成輸出電壓的精確控制，實現精確幅度相控。主控單元I通過調節各個通道發射延時和脈沖寬度，完成聲波精確的時間相控。
[0035]如圖2所示，主控單元1，采用現場可編程門陣列FPGA編程實現，包括軟核處理器，各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊，及所有通道共用的放電控制模塊、電源開關控制模塊和模數轉換控制。各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊結構完全相同，共32組，計數時鐘100MHz。
[0036]充電時間控制模塊由32位計數器構成，控制各個高壓發射通道4儲能電容的充電時間，也就是激勵電壓的幅度，所有充電時間控制模塊串行級聯，實現各個通道的高壓電容依次充電。
[0037]發射延時控制模塊由32位計數器構成，用來設置各個通道相對于同步啟動信號的延時，該功能用來實現多換能器的不同延時激勵，完成聲波精確時間相控。同步信號到來時，所有通道的發射延時控制模塊同時開始計數，當計數到設定值時，觸發對應通道的發射脈沖寬度控制模塊工作，輸出發射控制脈沖。
[0038]發射脈沖寬度控制模塊由32位計數器構成，用來設置各個發射變壓器的激勵脈沖的寬度，可實現對換能器進行激勵頻率的調節。
[0039]電源開關控制模塊由寄存器構成，控制高壓電源的通斷，在充電時打開，其它時間關閉。
[0040]放電控制模塊由寄存器構成，控制所有通道的高壓電容的放電，在充電前需要釋放儲能電容的殘余電量，避免對電容充電電壓造成累積誤差。
[0041]模數轉換控制模塊由現場可編程門陣列FPGA內部資源編程實現，通過串行總線讀取模數轉換電路采集的儲能電容的電壓值。控制程序利用各通道儲能電容的電壓值，修正儲能電容特性不一致造成的充電時間誤差。
[0042]高壓電源控制單元2由P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET) Qs、光耦驅動Us和充電電阻R構成，所有通道共用。主控單元I輸出的電源控制信號通過Us隔離驅動后，P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)Qs的導通與關斷。充電時，P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)Qs導通，高壓直流電壓通過電阻R加到各路儲能電容上；發射和放電時，P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)Qs截止，電源關斷，避免直流電源對發射聲波信號產生影響。由于P溝道金氧半場效晶體管(MOSFET)Qs耐壓限制，高壓直流電壓采用400V穩壓電源。
[0043]模數轉換電路3主要由4片八通道模數轉換器組成，高壓發射通道4儲能電容的電壓經電阻分壓后，接到模數轉換器的輸入，每個通道的輸入對應一個通道的儲能電容。主控單元I通過串行總線讀取儲能電容的電壓值。
[0044]高壓發射通道4由驅動電路(Unl、UJ、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET) Qn2,放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qnl、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qn3、續流高壓二極管Dnl、發射變壓器Tnl、儲能電容Cnl和儲能電容分壓電阻(Rnl、Rn2)等構成。各個高壓發射通道結構完全相同，分壓電阻(Rnl、Rn2)衰減儲能電容的充電電壓到模數轉換器的輸入，方便模數轉換電路測量。
[0045]充電高壓控制功能由驅動電路Unl、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qn2和儲能電容Cnl完成，在主控單元I的控制下，逐次驅動各個通道的充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通。通過控制充電時間在儲能電容上獲得不同的電壓幅度，得到不同變壓器的輸入電壓，實現各個通道不同的發射脈沖幅度調節。
[0046]聲波發射功能由驅動電路Unl、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET) Qn3、儲能電容Cnl、續流高壓二極管Dnl和發射變壓器Tnl完成。主控單元⑴的發射控制信號被驅動電路Unl驅動以后，控制發射金氧半場效晶體管(MOSFET)Qn3的導通，利用發射變壓器Tnl把儲能電容Cnl的能量加載到聲波換能器上，控制脈沖的寬度以決定激勵信號的頻率，各個通道的激勵延時不同，實現時間相控。
[0047]放電功能由驅動電路1、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qn2、放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qnl和儲能電容Cnl完成，主控單元I輸出的放電和充電控制信號，驅動所有通道的放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通，使所有儲能電容進行放電。
[0048]驅動電路把高電平邏輯控制信號放大成大電流信號后，驅動控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的快速導通與截止。
[0049]充電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容低電壓端與地導通與關斷，只有對某通道高壓電容進行充電、發射及放電時，該通道的充電金氧半場效晶體管(MOSFET)才導通，對其它通道充電、發射及放電時，該通道控制金氧半場效晶體管(MOSFET)截止。
[0050]放電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容高電壓端與地導通與關斷，當儲能電容充電時，放電金氧半場效晶體管(MOSFET)導通，其它時間該金氧半場效晶體管(MOSFET)截止。
[0051]發射金氧半場效晶體管(MOSFET)控制發射變壓器激勵聲波換能器，發射金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通時間決定發射聲波信號的頻率。
[0052]發射變壓器在發射控制信號的控制下把儲能電容的能量加載到聲波換能器上，發射能量由儲能電容的能量決定，發射電壓由變壓器的變比和儲能電容的充電電壓決定。
[0053]下面結合圖1和圖2詳細說明通道I的充電、儲能電容電壓測量、發射和放電的工作原理:
[0054]1、充電:主控單元I電源開關控制模塊輸出高電平，送到高壓電源控制單元2，經Us驅動，使電源控制金氧半場效晶體管(MOSFET) Qs導通，高壓經充電電阻R加到電容Cn的高壓端，其它通道的儲能電容也同時被加上電壓，只是由于充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)沒有導通所以還無法充電。電源控制金氧半場效晶體管(MOSFET)Qs導通以后，主控單元I通道I的充電時間控制模塊輸出設定寬度的充電控制脈沖，送到第一組高壓發射通道4，經U11驅動后，Q12導通，電容C11開始充電，通道I的充電時間控制模塊達到指定時間后，C11充到設定電壓，Q12截至，電容C11停止充電。通道I充電完成以后，通道2開始充電，對應的充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)導通，過程與通道I相同。當所有通道都充電完成以后，主控單元I的電源開關控制模塊輸出低電平，Qs截止，高壓電源被關斷。充電過程中，放電和發射金氧半場效晶體管(MOSFET)都處于截止狀態。Qs只有充電時導通。
[0055]2、測量:主控單元I電源控制模塊輸出低電平，Qs截止，高壓電源關斷，主控單元I通道I的充電時間控制模塊輸出高電平，Q12導通，C11低壓端接地，C11的電壓經電阻分壓后，送到模數轉換電路3的輸入端，在主控單元I控制數據采集電路完成電壓采集。其它通道電壓采集過程相同。
[0056]3、發射:主控單元I的軟核處理器控制所有充電時間控制模塊使通道I的充電金氧半場效晶體管(MOSFET) Q12導通。隨后軟核處理器檢測定時信號或外部觸發信號，當達到發射條件以后，使通道I的發射延時控制模塊開始工作，通道I的發射延時控制模塊延時到指定時間，輸出啟動信號使通道I的發射脈沖寬度控制模塊工作，輸出設定寬度的發射控制脈沖，送到第一組高壓發射通道4，經U11驅動以后，Q13導通，變壓器T11初級構成回路，變壓器T11次級產生高壓脈沖，把儲能電容C11的能量加載到發射換能器。其它通道相同。
[0057]4、放電:主控單元I的軟核處理器控制通道I充電模塊輸出高電平，通道I充電金氧半場效晶體管(MOSFET)Q12導通。隨后，軟核處理器控制放電控制模塊輸出高電平，經U12驅動，Q11導通，C11開始放電，當完成設定放電時間，Q11截止。所有通道放電過程相同。
[0058]本發明的工作流程是:多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器在控制軟件的控制下完成各個通道激勵工作。首先是系統刻度，控制軟件把儲能電容電壓利用充電電阻阻值和電容容量值轉換成充電時間，通過串口設置各個通道的充電時間，接通高壓電源，依次啟動各個通道的充電，等充電結束，斷開高壓電源，啟動測量電路測量各個通道的儲能電容的電壓值，與標準設置電壓對比，計算出各個通道的刻度系數。然后，系統控制軟件利用刻度系數修正各個通道的充電時間，再通過串口設置各個通道的實際充電時間參數、延時參數和發射脈沖寬度參數。隨后，接通高壓直流電源，啟動充電控制，根據各個通道的設定充電時間，主控單元I控制高壓直流電源逐個對各個通道儲能電容進行充電，完成上一個通道的充電設定時間以后，再充下一個通道的儲能電容，直到充完所有通道，斷開高壓直流電源。隨后，主控單元I利用定時信號或外觸發信號，啟動主控單元I的各個通道的發射延時控制模塊，各個通道的發射延時控制模塊同時啟動，當每個通道的延時完成后，觸發各自通道發射脈沖寬度控制模塊，使其輸出指定寬度的控制脈沖，經驅動電路放大，控制發射變壓器產生激勵脈沖，加載到聲波換能器上，在所有通道激勵換能器的過程中，電源控制和放電控制被禁止。最后，控制軟件發出放電命令，主控單元I的放電控制模塊通過驅動電路控制所有通道放電金氧半場效晶體管(MOSFET)和充電金氧半場效晶體管(MOSFET)導通，釋放儲能電容的殘余電量。周而復始，即可形成對換能器按照不同順序、不同時間間隔和不同強度的多個獨立的激勵信號。
【權利要求】
1.一種多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，包括主控單元、高壓電源控制單元、模數轉換電路和多組高壓發射通道，多組高壓發射通道結構完全相同；其特征在于:主控單元接收計算機命令，利用外觸發或定時方式啟動所述信號發生器工作，同時為數據采集系統提供采集同步參考信號；高壓電源控制單元、模數轉換電路和高壓發射通道的控制信號來自主控單元；高壓電源控制單元為高壓發射通道的電容充電提供能量；模數轉換電路采集多組高壓發射通道的充電電壓；主控單元完成充電控制、充電時間修正、發射延時和發射控制脈沖信號寬度等的低壓邏輯控制；主控單元通過高壓電源控制單元控制各個高壓發射通道儲能電容的充電時間，充電時間決定高壓發射通道儲能電容的充電電壓，高壓發射通道儲能電容的充電電壓決定高壓發射通道發射變壓器輸入電壓，通過改變高壓發射通道儲能電容的充電時間來完成高壓發射通道發射變壓器輸出信號的電壓幅度調節，實現幅度相控；主控單元控制模數轉換電路測量各個高壓發射通道儲能電容的充電電壓值，分析各個高壓發射通道儲能電容特性不一致造成的充電電壓的誤差，然后修正各個高壓發射通道儲能電容充電時間，來完成高壓發射通道發射變壓器輸出信號電壓的精確控制，實現精確幅度相控；主控單元通過調節各個通道發射延時和脈沖寬度，完成聲波精確的時間相控。
2.根據權利要求1所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:主控單元，包括軟核處理器，各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊，及所有通道共用的放電控制模塊、電源開關控制模塊和模數轉換控制模塊；各個通道的充電時間控制模塊、發射延時控制模塊和發射脈沖寬度控制模塊結構完全相同，計數時鐘 IOOMHz ο
3.根據權利要求2所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:充電時間控制模塊由32位計數器構成，控制各個高壓發射通道儲能電容的充電時間，所有充電時間控制模塊串行級聯，實現各個高壓發射通道儲能電容依次充電。
4.根據權利要求2所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:發射延時控制模塊由32位計數器構成，外觸發或定時方式啟動信號到來時，所有通道的發射延時控制模塊同時開始計數，當計 數到設定值時，觸發對應通道的發射脈沖寬度控制模塊工作，輸出發射控制脈沖； 發射脈沖寬度控制模塊由32位計數器構成，用來設置各個高壓發射通道的激勵脈沖的寬度，可實現對聲波換能器進行激勵頻率的調節； 電源開關控制模塊由寄存器構成，控制高壓電源的通斷，在充電時打開，其它時間關閉； 放電控制模塊由寄存器構成，控制所有高壓發射通道儲能電容的放電，在充電前需要釋放儲能電容的殘余電量，避免對儲能電容充電電壓造成累積誤差； 模數轉換控制模塊由現場可編程門陣列內部資源編程實現，通過串行總線讀取模數轉換電路采集的各個高壓發射通道儲能電容的電壓值，控制程序利用各個高壓發射通道儲能電容的電壓值，修正儲能電容特性不一致造成的充電時間誤差。
5.根據權利要求1-4所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:高壓電源控制單元由P溝道金氧半場效晶體管、光耦驅動和充電電阻構成，所有通道共用；主控單元輸出的電源控制信號通過光耦驅動，控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通與關斷。
6.根據權利要求1-5所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:模數轉換電路主要由4片八通道模數轉換器組成，各個高壓發射通道儲能電容的電壓經電阻分壓后，接到模數轉換器的輸入，每個通道的輸入對應一個通道的儲能電容，主控單元通過串行總線讀取儲能電容的電壓值。
7.根據權利要求1-6所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:高壓發射通道由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、續流高壓二極管、發射變壓器、儲能電容和儲能電容分壓電阻構成；各個高壓發射通道結構完全相同，分壓電阻衰減儲能電容的充電電壓到模數轉換器的輸入，方便模數轉換電路測量。
8.根據權利要求1-7所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:充電高壓控制功能由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和儲能電容完成，在主控單元的控制下，逐次驅動各個通道的充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通； 聲波發射功能由驅動電路、發射控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、儲能電容、續流高壓二極管和發射變壓器完成；主控單的發射控制信號被驅動電路驅動以后，控制發射金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通，利用發射變壓器把儲能電容的能量加載到聲波換能器上，控制脈沖的寬度以決定激勵信號的頻率，各個通道的激勵延時不同，實現時間相控； 放電功能由驅動電路、充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)、放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和儲能電容完成，主控單元輸出的放電和充電控制信號，驅動所有通道的放電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)和充電控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通，使所有儲能電容進行放電； 驅動電路把高電平邏輯控制信號放大成大電流信號后，驅動控制金氧半場效晶體管(MOSFET)的快速導通與截止。
9.根據權利要求1-8所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:充電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容低電壓端與地導通與關斷，只有對某通道高壓電容進行充電、發射及放電時，該通道的充電金氧半場效晶體管(MOSFET)才導通，對其它通道充電、發射及放電時，該通道金氧半場效晶體管(MOSFET)截止； 放電金氧半場效晶體管(MOSFET)控制儲能電容高電壓端與地導通與關斷，當儲能電容充電時，放電金氧半場效晶體管(MOSFET)導通，其它時間該金氧半場效晶體管(MOSFET)截止； 發射金氧半場效晶體管(MOSFET)控制發射變壓器激勵聲波換能器，發射金氧半場效晶體管(MOSFET)的導通時間決定發射聲波信號的頻率； 發射變壓器在發射控制信號的控制下把儲能電容的能量加載到聲波換能器上，發射能量由儲能電容的能量決定，發射電壓由變壓器的變比和儲能電容的充電電壓決定。
10.根據權利要求1-9所述的多通道脈沖相控聲波激勵信號發生器，其特征在于:高壓發射通道共32組，高壓直流電壓采用400V穩壓電源。
【文檔編號】B06B1/06GK103521422SQ201310337500
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2013年8月5日
【發明者】成向陽, 陳雪蓮, 譚寶海, 郝憲鋒 申請人:中國石油大學(華東)