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广谱抗菌素1 MHz换能器驱动电路的设计高杰;曹跃进
【摘 要】As a practical means of detection,ultrasonic transducer can realize the conversion between the information carried by sound wave and electric energy.It has the advantages of excellent performance,low cost,convenient operation and debugging,so plays an important role in industrial and agricultural production.However,the transmitting frequency of the driving circuit for most transducer is 40 kHz.The circuit of 1 MHz ultrasonic transducer is designed In this paper.It mainly introduces the emissive driving circuit and the receiving circuit design and the detailed function of them.Finally,the experimental platform is built,and the circuit of input and output were tested.Experiments show that the transducer's circuit works well can provide reference for ultrasonic application in the field of high precision measurement.%超声波换能器作为一种实用的检测手段,能实现声波所携带的信息和电能之间转换.它的性能优良,价格低廉,操作方便,易于调试,因此在工农业生产中发挥着重要的作用.但目前换能器驱动电路的发射频率多为40 kHz,本文针对1 MHz的超声波换能器 电路进行了设计,主要介绍了它的发射驱动电路和接收驱动电路的设计方案,并对它们的功能进行了详细地说明.最后搭建实验平台,并对电路的输入、输出模块进行了测试.实验结果表明,换能器电路运行良好,可以为超声波高精度测量领域的应用提供参考.
【期刊名称】《电子设计工程》
水性附着力促进剂
【年(卷),期】2018(026)008
【总页数】5页(P124-128)
【关键词】水声换能器;驱动电路;TL082CP放大电路;1 MHz交变电
【作 者】高杰;曹跃进
【作者单位】西安工程大学 电子信息学院,陕西 西安 710048;西安工程大学 电子信息学院,陕西 西安 710048
【正文语种】中 文曲嘉瑞
【中图分类】TN712
超声波的振动频率高于20 kHz，相比于普通声波，它的指向性好，穿透力强，声能较集中，传播距离远，因此获得了普遍的认可，被广泛地应用于检验、制药、加工、洗涤以及杀菌消毒等行业[1]。作为一门发展迅速的科学技术，超声波在工农业生产中发挥着极为重要的作用，它的广泛应用为声波技术的发展奠定了坚实的基础。
超声波换能器是一种能将超声波信号转换为电能，也可将电能转换成超声波信号的能量转换装置[2]。它的性能优良、价格低廉、操作方便，易于调试，因此获得了广泛的应用，如检测、探测、焊接、粉碎等。但目前换能器驱动电路的发射频率多为40 kHz，对一些高精度的测量领域并不适用。而高频换能器却能克服这方面的缺陷，并运用于流速检测和油位测量等方面。本文针对1 MHz的超声波换能器电路进行了设计，并且搭建了实验平台。实验结果表明，换能器电路运行良好，可以实现信号的精确检测。 1 水声换能器的工作原理
管壳式冷凝器超声波具有指向性能好，穿透能力强，声能较集中，传播距离远，反射性能好等特点。随着频率越高，它的能量越大，反射性能也越好，越不容易发生绕射[3]。超声波换能器就是根据这一原理而制成。超声波换能器是超声波工程应用中非常重要的一个组成部分，是声
学换能器中最受欢迎的一个应用领域[4]。它们的用途各不相同，有电动式、磁致伸缩式、电磁力式、静电式、压电式和电致伸缩式换能器等[5]。其工作原理是：当信号源发出电压或电流信号后，经过驱动电路，送给了换能器，换能器储能元件中的电场或磁场将会发生变化。这种变化将会因为超声波换能器的磁致伸缩效应或压电效应等机理而使换能器的机械振动系统发生振动，与机械振动系统相接触的介质也会随之而振动，并向周围液体中发射超声波。超声波信号经过水声信道传播后，会被换能器本身或另一个换能器所接收，作用在它的振动面上，引起机械振动系统发生振动。由于上述机理的逆效应，换能器储能元件中的电场或磁场将会发生变化，导致换能器内部产生了相应于超声波信号的电压或电流[6]。这是一个较弱的电信号，该信号经过耦合、放大、检波、整形后，供人们观察使用。若已知声波在介质中的传输速度为c，换能器发射声波时间与接收声波的时间差为t，那么即可由公式s=ct/2计算换能器与目标之间的距离，如图1所示。本文所采用的换能器直径为Φ20±0.5 mm、波束开角5˚±2、中心频率1 MHz[7]。
图1 基本原理图
2 换能器电路设计
超声波电路的设计关系着整个系统的性能优劣，要让换能器的工作频率达到1 MHz，首先得设计它的驱动电路，使其能够提供1 MHz频率的电信号，再经过耦合放大，使换能器能正常地发射超声波。同时，接收电路也占据着重要的位置，决定着最后的输出信号是否能满足系统的要求。超声波换能器发射驱动电路和接收驱动电路的设计决定着整个系统是否能运行良好，达到预期的目标[8]。
2.1 电源方案设计
电源电路的设计是整个系统的重要内容，也是首要考虑的环节[9]。为方便起见，设备采用单一的24 V电源供电，通过稳压管IN5349B，得到12 V的电压。晶振分频部分采用L7805CV，由24 V直接转换成5 V的电压，使晶振得以工作。电源电路设计如图2所示。
图2 电源电路
2.2 水声换能器驱动电路设计
图3是水声换能器驱动电路结构框图，它由信号源、耦合电路、放大电路、换能器组成[10]。信号源产生1 MHz的方波信号，经过耦合得到了较为纯净的交变信号。放大电路再将
微弱的交变信号进行放大，得到合适的交变电压。最后再供给换能器，使换能器发出超声波[11]。
图3 水声换能器驱动电路结构框图
2.2.1 1 MHz方波信号产生电路
要使换能器的工作频率达到1 MHz，首先得设计它的驱动电路，使其能够提供1 MHz频率的电信号。1 MHz方波信号产生电路如图4所示。
图4 1 MHz方波信号产生电路图全息打印
电路主要由5 V的电源供电，使晶振PXO-660发出2 MHz，5 V的方波信号，而SN74LS393N芯片能对已有的信号进行2、4、6、8分频，方波信号经过SN74LS393N芯片2分频，得到了1MHz，3.6 V的交流电，供给后续电路使用。
2.2.2 耦合放大电路
产生方波信号后并不能直接供给换能器使用，还需要经过耦合放大，才能得到所需的交流
电。
利用电容，可以实现交变信号的耦合，使交变信号顺利地从前级电路传递给后级电路。
