專利名稱：寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及聲發(fā)射信號測量、探測使用的傳感器，特別適用于聲發(fā)射信號的接收。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，用于聲發(fā)射信號接收的傳感器多采用單體窄帶超聲波接收傳感器，窄帶超聲波接收傳感器的有效頻帶都很窄，在實(shí)際工作過程中，往往是傳感器的有效帶寬不能覆蓋被測試的信號。窄帶聲發(fā)射信號接收傳感器在測試的頻帶內(nèi)雖有很好的測試性能，但是測量帶寬非常有限，有時(shí)不能滿足實(shí)際測量的需要。但是在進(jìn)行寬帶信號測量時(shí)，需要用多個(gè)不同頻帶的傳感器同時(shí)測量，這樣不僅存在給測試帶來很大的不便，也引入了一定的誤差，同時(shí)，還浪費(fèi)了很多時(shí)間，大大增加了測試成本和人力等。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型涉的發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，以克服現(xiàn)有測試方法成本高、誤差大、資源浪費(fèi)的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣解決的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，包括傳感器外殼，至少兩個(gè)或兩個(gè)以上窄帶超聲波接收換能器，其各換能器并聯(lián)輸出，其輸出連接帶前置放大器，前置放大器的另一端連接帶通濾波器，帶通濾波器的另一端接入測量儀器，上述所說的傳感器外殼內(nèi)還充填有介質(zhì)。
本實(shí)用新型涉與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，操作靈活的特點(diǎn)，在實(shí)施寬帶超聲波信號采集時(shí)，只需要單個(gè)聲發(fā)射信號接收傳感器就可以實(shí)現(xiàn)，降低測試成本和簡化測試方法。利用寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器測量信號時(shí)，比多個(gè)傳感器疊加測量的方法更精確。測量結(jié)果直現(xiàn)、易讀，廣泛用于國防及民用金屬或非金屬材料的探傷、厚度測量、超聲信號測量等。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意框圖；圖2為圖1的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器結(jié)構(gòu)橫斷面原理示意圖；圖3為圖1的前置放大器連接原理圖；圖4為圖1的帶通濾波器連接原理示意圖；圖5為圖1所示結(jié)構(gòu)的由3個(gè)窄帶超聲波傳感器所合成的10～25KHz的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的頻率響應(yīng)圖。
具體實(shí)施方式
附圖為本實(shí)用新型的實(shí)施例。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說參照圖1所示，寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，包括傳感器外殼1，還包括傳感器外殼1內(nèi)連接至少兩個(gè)或兩個(gè)以上窄帶超聲波接收傳感器2、3、N，其窄帶聲發(fā)射信號接收傳感器2、3、N的信號引出線分別與前置放大電路5連接，前置放大電路5的另一端與帶通濾波電路6連接，帶通濾波電路6的另一端接入測量儀器7，上述所說的傳感器外殼1內(nèi)還充填充有背襯介質(zhì)8。所述背襯介質(zhì)8是指硅膠、碳粉等。
圖2所示，傳感器外殼1內(nèi)連接三個(gè)窄帶超聲波接收傳感器2、3、4。其三個(gè)窄帶超聲波接收傳感器2、3、4的引線并聯(lián)連接在前置放大器5上。
圖3為圖1的前置放大器連接原理圖，電源由電感L1的一端輸入，電感L1的另一端串聯(lián)連接電阻R1和電容C2，其電容C2的旁路上連接電解電容C1的正極，電容C2的另一端和電解電容C1的負(fù)極與地線連接，電阻R1的另一端依次分別連接NPN型晶體三極管N1的集電極、電阻R4、電阻R7、電阻R9、電阻R11，三極管N1的基極與電阻R4的另一端相連，并串聯(lián)兩個(gè)二極管D1、D2，二極管D2的輸出端與NPN型三極管N2的集電極和PNP型三極管P1的基極相連，三極管N1的發(fā)射極串聯(lián)連接電阻R2相連，R2的另一端與電阻R3相連，電阻R3與三極管P1的發(fā)射極相連，三極管P1的集電極接地；在電阻R2、電阻R3之間結(jié)點(diǎn)上還連接有電容C3和電阻R5，電阻R5的輸出端分別連接三極管N2的基極和二極管D3上；二極管D3輸出端連接電阻R6并接地；三極管N2的發(fā)射極分別與三極管N3的發(fā)射極和電阻R8相連，其電阻R8的另一端接地，三極管N3的集電極一端接電阻R7，與三極管N3的基極相連的有電阻R9、電阻R10和電容C4，電容C4的另一端與三極管N4的發(fā)射極與電阻R12相連，其電阻R12的另一端接地，三極管N4的集電極接電源、基極接到電阻R15和三極管N5的集電極上，三極管N5的基極的兩端分別連接有電阻R13和電阻R14，電阻R14的兩端并聯(lián)電容C6，三極管N5的發(fā)射極與三極管N6的集電極相連，三極管N6的發(fā)射極串聯(lián)連接電阻R16、電阻R17，其傍路連接電容C7并接地，三極管N6的基極結(jié)點(diǎn)上分別連接有電阻R18、電阻R19、電容C8，電容C8的另一端分別與電阻R20、二極管D4、二極管D5連接，二極管D4、二極管D5另一端接地。
在前置放大器中，L1、C1、C2組成濾波器對電源進(jìn)行濾波處理；C3為輸出電容；N1、P1、R1、R2、R3、R4、R5、D1、D2、D3、R6組成乙類推挽放大器，提高放大器的輸出功率，其中D1、D2、D3起固定偏壓的作用；N2、N3、R7、R8、R9、R10組成差分放大器，起增益控制的功能；R11和C5組成T型濾波器對電源進(jìn)行再次濾波，給下一級供電；C4為耦合電容；N4、R12組成射極跟隨器，完成阻抗轉(zhuǎn)換功能；N5、N6、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、C6、C7組成復(fù)合高阻抗放大器，其中C6、C7為交流旁路電容；C8為輸入電容，起通交流隔直流的作用；D4、D5起限幅與鉗位作用；R20為限流電阻。此前置放大器是一個(gè)低噪聲高增益放大器。
圖4所示，帶通濾波電路6的輸入端串聯(lián)連接電阻R21，電阻R21的輸出端串聯(lián)連接電容C9，電容C9的輸出端串聯(lián)連接電感線圈L2，電感線圈L2的輸出端串聯(lián)連接電感線圈L4，其結(jié)點(diǎn)旁路連接電感線圈L3，電感線圈L4的輸出端依次分別連接有電容C10，C10的另一端連接電容C11、C12和電感線圈L5，C12的另一端連接電感L6，L6的另一端連接電容C13、電感L7和L8，L8的另一端連接電阻R22和輸出，C11、C13、L3、L5、L7、R22的另一端都接地。
帶通濾波器是由4個(gè)濾波器串聯(lián)組成的一個(gè)無源帶通濾波器，其中C9、L2、L3、R21組成一個(gè)2階濾波器；C10、C11、L4、L5組成另一個(gè)2階濾波器；C12、C13、L6、L7又組成一個(gè)2階濾波器；L8、R22組成一個(gè)1階濾波器。
圖5所示，虛線I、點(diǎn)化線II、間隔線III分別為窄帶超聲波接收傳感器1、2、3的頻譜圖，實(shí)線IV為10～25KHz寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的頻譜圖。
綜上所述，寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器是通過選擇的多個(gè)窄帶超聲波接收傳感器同時(shí)接受聲發(fā)射信號，下面我們以3個(gè)窄帶超聲波接收傳感器組成的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器為例給以說明。
選取三個(gè)有較好頻率特性的窄帶超聲波接收傳感器，把它們組合成一個(gè)寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器。當(dāng)接收到一個(gè)寬頻超聲波信號時(shí)，各個(gè)窄帶傳感器部會在自己的響應(yīng)頻帶內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)信號，綜合各個(gè)窄帶傳感器的頻率響應(yīng)，并對其進(jìn)行前置放大、帶通濾波后就是一個(gè)寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的接收信號。如下圖是一個(gè)由3個(gè)窄帶超聲波接收傳感器組合形成的10～25KHz的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的頻率響應(yīng)圖，其中虛線I、點(diǎn)化線II和間斷線III是三個(gè)窄帶傳感器的頻率響應(yīng)圖，實(shí)線IV是寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器的頻率響應(yīng)圖。對傳感器的輸出信號進(jìn)行前置放大、帶通濾波后其頻率響應(yīng)圖如下。從圖6中可以看出，寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器具有很好寬頻帶響應(yīng)特性。
權(quán)利要求1.寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，包括傳感器外殼(1)，其特征在于還包括所述的傳感器外殼(1)內(nèi)連接窄帶超聲波接收換能器(2、3、N)，其窄帶超聲波接收換能器(2、3、N)的信號引出線分別與前置放大器(5)連接，前置放大器(5)的另一端與帶通濾波電路(6)連接，帶通濾波器(6)的另一端接入測量儀器(7)，上述所說的傳感器內(nèi)還充填有背襯介質(zhì)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，其特征在于所說的至少兩個(gè)或兩個(gè)以上窄帶超聲波接收換能器組成寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，其特征在于所說的帶通濾波器是帶通無源濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器，其特征在于所說的前置放大器為低噪聲高增益放大器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器。包括傳感器外殼，傳感器外殼內(nèi)連接至少兩個(gè)或兩個(gè)以上窄帶超聲波接收傳感器，其窄帶超聲波接收傳感器的信號引出線分別與前置放大器連接，前置放大器的另一端與帶通濾波器連接，帶通濾波器的另一端接入測量儀器，上述所說的傳感器外殼內(nèi)還充填有介質(zhì)。具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，操作靈活的特點(diǎn)，在實(shí)施寬帶超聲波信號采集時(shí)，只需要單個(gè)聲發(fā)射信號接收傳感器就可以實(shí)現(xiàn)，降低測試成本和簡化測試方法。利用寬帶聲發(fā)射信號接收傳感器測量信號時(shí)，比多個(gè)傳感器疊加測量的方法更精確。測量結(jié)果直現(xiàn)、易讀，廣泛用于國防及民用金屬或非金屬材料的探傷、厚度測量、超聲信號測量等。
文檔編號G01D5/54GK2731404SQ20042008606
公開日2005年10月5日 申請日期2004年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月18日
發(fā)明者劉科祥, 李雪松 申請人:劉科祥