專利名稱：一種差分輸出超聲波探頭及由其組成的信號(hào)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波探頭，尤其涉及一種差分輸出超聲波探頭及由其組成的信 號(hào)處理裝置，具體適用于軋輥檢測(cè)、金屬材料的無損探傷檢測(cè)設(shè)備及儀器。
背景技術(shù)：
目前，超聲波設(shè)備和儀器使用的超聲波探頭是發(fā)射、接收晶片共地的信號(hào)輸出方 式，普遍遇到的問題是在信號(hào)輸出、傳輸和放大過程中，對(duì)干擾信號(hào)的抵抗能力較差。中國專利授權(quán)公告號(hào)為CN201110843Y，授權(quán)公告日為2008年9月3日的實(shí)用新型 專利公開了一種涉及檢測(cè)螺栓疲勞裂紋時(shí)所用的檢測(cè)裝置，特別涉及一種不解體螺栓螺紋 根部疲勞裂紋超聲波檢測(cè)專用超聲波探頭，該探頭在探頭外殼內(nèi)有晶片，所述晶片包括發(fā) 射晶片與接收晶片，并且在發(fā)射晶片與接收晶片間利用隔離層相互隔離，在探頭外殼上設(shè) 置接頭，發(fā)射晶片與接收晶片分別利用導(dǎo)線與接頭連接，在探頭外殼的開口端有延遲塊，其 特征在于隔離層、發(fā)射晶片與接收晶片相對(duì)于保護(hù)膜傾斜布置，在發(fā)射晶片與接收晶片的 對(duì)稱中心線與垂直于保護(hù)膜的平面之間有夾角α，當(dāng)超聲波探頭置于螺栓端面上時(shí)，探頭 發(fā)射晶片發(fā)射的超聲波以小于10°的入射角β進(jìn)入保護(hù)膜。雖然該實(shí)用新型可以有效地 對(duì)解體螺栓螺紋根部疲勞裂紋進(jìn)行低成本檢測(cè)，但其對(duì)干擾信號(hào)的抵抗能力較差，容易在 系統(tǒng)中被引入信號(hào)噪聲，從而影響到整個(gè)系統(tǒng)的信噪比和輸出結(jié)果，尤其是在應(yīng)用到超聲 波在線自動(dòng)探傷設(shè)備時(shí)，受安裝配套設(shè)備，如磨床的影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的抗干擾能力較差缺陷與問題，提供一種抗 干擾能力較強(qiáng)的差分輸出超聲波探頭及由其組成的信號(hào)處理裝置。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種差分輸出超聲波探頭，包括探頭 外殼、發(fā)射晶片與接收晶片，且發(fā)射晶片與接收晶片均設(shè)置在探頭外殼的內(nèi)部，所述發(fā)射晶 片與接收晶片均設(shè)置在探頭外殼內(nèi)部的底部，且發(fā)射晶片與接收晶片之間設(shè)置有聲隔離層 及契塊。所述探頭外殼的頂部貫穿設(shè)置有相互分隔絕緣的發(fā)射晶片外部引線與接收晶片 外部引線，且發(fā)射晶片外部引線、接收晶片外部引線分別與發(fā)射晶片、接收晶片對(duì)應(yīng)設(shè)置； 所述探頭外殼的外型為正方體、長方體、圓柱體或橢圓柱體。所述發(fā)射晶片外部引線的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射晶片內(nèi)部引線，接收晶片外部引線的內(nèi) 部設(shè)置有接收晶片內(nèi)部引線，且發(fā)射晶片內(nèi)部引線與接收晶片內(nèi)部引線相互分隔絕緣設(shè)置。所述發(fā)射晶片外部引線與發(fā)射晶片內(nèi)部引線為同軸電纜、雙絞線或兩根單引線， 接收晶片外部引線與接收晶片內(nèi)部引線為同軸電纜、雙絞線或兩根單引線。所述信號(hào)處理裝置包括差分輸出超聲波探頭與差分放大集成電路，差分輸出超聲 波探頭的一端與發(fā)射觸發(fā)電路相連接，另一端與差分放大集成電路輸入端相連接，差分放大集成電路的輸出端與信號(hào)處理電路相連接。所述差分放大集成電路與差分輸出超聲波探頭之間設(shè)置有一號(hào)阻抗匹配電阻、二 號(hào)阻抗匹配電阻與三號(hào)阻抗匹配電阻，且一號(hào)阻抗匹配電阻與串聯(lián)后的二號(hào)阻抗匹配電 阻、三號(hào)阻抗匹配電阻相并聯(lián)。所述差分放大集成電路與差分輸出超聲波探頭之間設(shè)置有四號(hào)阻抗匹配電阻，且 四號(hào)阻抗匹配電阻設(shè)置在差分放大集成電路的同反相輸入端。所述差分放大集成電路的型號(hào)為AD521、AD8129、AD8130或AD8132。所述發(fā)射觸發(fā)電路包括發(fā)射控制電路與發(fā)射電路，該發(fā)射電路包括五號(hào)阻抗匹配 電阻、六號(hào)阻抗匹配電阻、七號(hào)阻抗匹配電阻、高壓電容與二極管；所述信號(hào)處理電路依次包括相互串聯(lián)的模擬信號(hào)放大處理電路、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字 處理電路、數(shù)字化控制及結(jié)果輸出。所述發(fā)射控制電路與發(fā)射電路的電源為高壓輸出電源，所述模擬信號(hào)放大處理電 路的電源為模擬電路電源，所述A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路與數(shù)字化控制及結(jié)果輸出的電源 為數(shù)字電路電源，且高壓輸出電源、模擬電路電源與數(shù)字電路電源之間相互獨(dú)立。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為1.由于本發(fā)明一種差分輸出超聲波探頭及由其組成的信號(hào)處理裝置中的差分輸 出超聲波探頭中的發(fā)射晶片與接收晶片均設(shè)置在探頭外殼內(nèi)部的底部，且發(fā)射晶片與接收 晶片之間設(shè)置有聲隔離層及契塊，可以防止發(fā)射晶片與接收晶片之間的相互干擾，而且與 發(fā)射晶片、接收晶片相對(duì)應(yīng)的發(fā)射晶片外部引線、發(fā)射晶片內(nèi)部引線和接收晶片內(nèi)部引線、 接收晶片外部引線之間是相互分隔絕緣的，進(jìn)一步避免了發(fā)射與接收之間交叉干擾情況的 發(fā)生。因此本發(fā)明的抗干擾性較強(qiáng)。2.由于本發(fā)明一種差分輸出超聲波探頭及由其組成的信號(hào)處理裝置中的信號(hào)處 理裝置包括差分輸出超聲波探頭與差分放大集成電路，利用了差分放大集成電路共模抑制 能力很強(qiáng)的特點(diǎn)，其差分輸入端對(duì)干擾信號(hào)，通常為共模信號(hào)，有非常出色的抑制能力，同 時(shí)由于差分放大集成電路輸入阻抗較高，一般在幾ΜΩ以上，因此通過阻抗匹配電阻的設(shè) 計(jì)很容易實(shí)現(xiàn)與超聲波探頭的阻抗匹配，從而在確保信號(hào)的優(yōu)良傳輸?shù)那疤嵯绿岣哒麄€(gè)信 號(hào)處理裝置的抗干擾能力，此外，在差分輸出超聲波探頭、差分放大集成電路的兩端連接的 發(fā)射控制電路及發(fā)射電路、模擬信號(hào)放大處理電路、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路與數(shù)字化控 制及結(jié)果輸出的電源分別為相互獨(dú)立的高壓輸出電源、模擬電路電源與數(shù)字電路電源，這 三種電源輸入可以共用，但輸出完全是獨(dú)立的，輸入與輸出之間完全隔離，能夠承受不大于 1500V的耐壓，可以有效解決來自于電源傳導(dǎo)的干擾，同時(shí)有效解決各部分之間工作時(shí)的相 互干擾，進(jìn)一步提高了整個(gè)處理裝置的抗干擾性，其抑制能力大于IOOdB,可提高探傷設(shè)備 和儀器整個(gè)系統(tǒng)的信噪比，可提高探傷結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。因此本發(fā)明的抗干擾性較 強(qiáng)。3.由于本發(fā)明一種差分輸出超聲波探頭及由其組成的信號(hào)處理裝置中的信號(hào)處 理裝置主要包括差分輸出超聲波探頭、差分放大集成電路、發(fā)射控制電路及發(fā)射電路、模擬 信號(hào)放大處理電路、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路與數(shù)字化控制及結(jié)果輸出，整體結(jié)構(gòu)簡單，可 以有效簡化設(shè)備調(diào)試過程，使得技術(shù)參數(shù)更易于調(diào)整和控制、信號(hào)的有效傳輸距離更長，對(duì) 集成化在線配套探傷設(shè)備的安裝要求和安裝難度均進(jìn)行了大幅下降，從而可廣泛應(yīng)用于各類超聲波探傷的無損檢測(cè)和測(cè)量設(shè)備，尤其適用于超聲波自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備在連續(xù)化生產(chǎn)中 動(dòng)態(tài)無損檢測(cè)使用，不僅檢測(cè)信噪比提升明顯，檢測(cè)準(zhǔn)確率、檢測(cè)一致性也較高。因此本發(fā) 明的適用范圍較廣。


圖1是本發(fā)明中差分輸出超聲波探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中差分輸出超聲波探頭與差分放大集成電路的連接示意圖。圖3是本發(fā)明中的信號(hào)處理裝置的連接示意圖。圖中發(fā)射晶片外部引線1，探頭外殼2，發(fā)射晶片內(nèi)部引線3，發(fā)射晶片4，聲隔離 層及契塊5，接收晶片6，接收晶片內(nèi)部引線7，接收晶片外部引線8，發(fā)射控制電路A，高壓輸 出電源B，模擬信號(hào)放大處理電路C，A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路D，數(shù)字化控制及結(jié)果輸出E， 模擬電路電源F，與數(shù)字電路電源G，差分輸出超聲波探頭H，差分放大集成電路ICl，發(fā)射電 路J，發(fā)射觸發(fā)電路M，信號(hào)處理電路N，一號(hào)阻抗匹配電阻R1，二號(hào)阻抗匹配電阻R2，三號(hào)阻 抗匹配電阻R3，四號(hào)阻抗匹配電阻R4，五號(hào)阻抗匹配電阻R5，六號(hào)阻抗匹配電阻R6，七號(hào)阻 抗匹配電阻R7，高壓電容Cl，二極管D1。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明參見圖1，一種差分輸出超聲波探頭，包括探頭外殼2、發(fā)射晶片4與接收晶片6，發(fā) 射晶片4與接收晶片6均設(shè)置在探頭外殼2的內(nèi)部的底部，且發(fā)射晶片4與接收晶片6之 間設(shè)置有聲隔離層及契塊5。優(yōu)選探頭外殼2的頂部貫穿設(shè)置有相互分隔絕緣的發(fā)射晶片外部引線1與接收晶 片外部引線8，且發(fā)射晶片外部引線1、接收晶片外部引線8分別與發(fā)射晶片4、接收晶片6 對(duì)應(yīng)設(shè)置。優(yōu)選探頭外殼2的外型為正方體、長方體、圓柱體或橢圓柱體。優(yōu)選發(fā)射晶片外部引線1的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射晶片內(nèi)部引線3，接收晶片外部引線8 的內(nèi)部設(shè)置有接收晶片內(nèi)部引線7，且發(fā)射晶片內(nèi)部引線3與接收晶片內(nèi)部引線7相互分隔 絕緣設(shè)置，進(jìn)一步優(yōu)選發(fā)射晶片外部引線1與發(fā)射晶片內(nèi)部引線3為同軸電纜、雙絞線或兩 根單引線，接收晶片外部引線8與接收晶片內(nèi)部引線7為同軸電纜、雙絞線或兩根單引線。參見圖2，本發(fā)明中的信號(hào)處理裝置包括差分輸出超聲波探頭H與差分放大集成 電路IC1，差分輸出超聲波探頭H的一端與發(fā)射觸發(fā)電路M相連接，另一端與差分放大集成 電路ICl相連接，差分放大集成電路ICl的另一端與信號(hào)處理電路N相連接。優(yōu)選差分放大集成電路ICl與差分輸出超聲波探頭H之間設(shè)置有一號(hào)阻抗匹配電 阻R1、二號(hào)阻抗匹配電阻R2與三號(hào)阻抗匹配電阻R3，且一號(hào)阻抗匹配電阻Rl與串聯(lián)后的 二號(hào)阻抗匹配電阻R2、三號(hào)阻抗匹配電阻R3相并聯(lián)。優(yōu)選差分放大集成電路ICl與差分輸出超聲波探頭H之間設(shè)置有四號(hào)阻抗匹配電 阻R4，且四號(hào)阻抗匹配電阻R4設(shè)置在差分放大集成電路ICl的同反相輸入端之間。優(yōu)選差分放大集成電路ICl的型號(hào)為AD521、AD8129、AD8130或AD8132。參見圖3，發(fā)射觸發(fā)電路M包括發(fā)射控制電路A與發(fā)射電路J，該發(fā)射電路J包括五號(hào)阻抗匹配電阻R5、六號(hào)阻抗匹配電阻R6、七號(hào)阻抗匹配電阻R7、高壓電容Cl與二極管 Dl ；優(yōu)選信號(hào)處理電路N依次包括相互串聯(lián)的模擬信號(hào)放大處理電路C、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù) 字處理電路D、數(shù)字化控制及結(jié)果輸出E。進(jìn)一步優(yōu)選發(fā)射控制電路A與發(fā)射電路J的電源為高壓輸出電源B，模擬信號(hào)放 大處理電路C的電源為模擬電路電源F，A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路D與數(shù)字化控制及結(jié)果輸 出E的電源為數(shù)字電路電源G，且高壓輸出電源B、模擬電路電源F與數(shù)字電路電源G之間
相互獨(dú)立。本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力較強(qiáng)，而且適用范圍較廣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為 限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán) 利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種差分輸出超聲波探頭，包括探頭外殼(2)、發(fā)射晶片(4)與接受晶片(6)，且發(fā)射晶片(4)與接受晶片(6)均設(shè)置在探頭外殼(2)的內(nèi)部，其特征在于所述發(fā)射晶片(4)與接受晶片(6)均設(shè)置在探頭外殼(2)的底部，且發(fā)射晶片(4)與接受晶片(6)之間設(shè)置有聲隔離層及契塊(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種差分輸出超聲波探頭，其特征在于所述探頭外殼(2) 的頂部貫穿設(shè)置有相互分隔絕緣的發(fā)射晶片外部引線(1)與接受晶片外部引線(8)，且發(fā) 射晶片外部引線(1)、接受晶片外部引線(8)分別與發(fā)射晶片(4)、接受晶片(6)對(duì)應(yīng)設(shè)置； 所述探頭外殼(2)的外型為正方體、長方體、圓柱體或橢圓柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種差分輸出超聲波探頭，其特征在于所述發(fā)射晶片外部 引線(1)的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射晶片內(nèi)部引線(3)，接受晶片外部引線(8)的內(nèi)部設(shè)置有接受晶 片內(nèi)部引線(7)，且發(fā)射晶片內(nèi)部引線(3)與接受晶片內(nèi)部引線(7)相互分隔絕緣設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種差分輸出超聲波探頭，其特征在于所述發(fā)射晶片外部 引線(1)與發(fā)射晶片內(nèi)部引線(3)為同軸電纜、雙絞線或兩根單引線，接受晶片外部引線 ⑶與接受晶片內(nèi)部引線(7)為同軸電纜、雙絞線或兩根單引線。
5.一種由權(quán)利要求1、2、3或4所述的差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其特 征在于所述信號(hào)處理裝置包括差分輸出超聲波探頭(H)與差分放大集成電路(ICl)，差分 輸出超聲波探頭(H)的一端與發(fā)射觸發(fā)電路(M)相連接，另一端與差分放大集成電路(ICl) 相連接，差分放大集成電路(ICl)的另一端與信號(hào)處理電路(N)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種由差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其特征在 于所述差分放大集成電路(ICl)與差分輸出超聲波探頭(H)之間設(shè)置有一號(hào)阻抗匹配電 阻(Rl)、二號(hào)阻抗匹配電阻(R2)與三號(hào)阻抗匹配電阻(R3)，且一號(hào)阻抗匹配電阻(Rl)與 串聯(lián)后的二號(hào)阻抗匹配電阻(R2)、三號(hào)阻抗匹配電阻(R3)相并聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種由差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其特征在 于所述差分放大集成電路(ICl)與差分輸出超聲波探頭(H)之間設(shè)置有四號(hào)阻抗匹配電 阻(R4)，且四號(hào)阻抗匹配電阻(R4)設(shè)置在差分放大集成電路(ICl)的輸入端與輸出端之 間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的一種由差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其 特征在于所述差分放大集成電路(ICl)的型號(hào)為AD521、AD8129、AD8130或AD8132。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種由差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其特征在于所述發(fā)射觸發(fā)電路(M)包括發(fā)射控制電路(A)與發(fā)射電路(J)，該發(fā)射電路(J)包括五 號(hào)阻抗匹配電阻(R5)、六號(hào)阻抗匹配電阻(R6)、七號(hào)阻抗匹配電阻(R7)、高壓電容(Cl)與 二極管(Dl)；所述信號(hào)處理電路(N)依次包括相互串聯(lián)的模擬信號(hào)放大處理電路(C)、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù) 字處理電路(D)、數(shù)字化控制及結(jié)果輸出(E)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種由差分輸出超聲波探頭組成的信號(hào)處理裝置，其特征 在于所述發(fā)射控制電路(A)與發(fā)射電路(J)的電源為高壓輸出電源(B)，所述模擬信號(hào)放 大處理電路(C)的電源為模擬電路電源(F)，所述A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路(D)與數(shù)字化控 制及結(jié)果輸出(E)的電源為數(shù)字電路電源(G)，且高壓輸出電源(B)、模擬電路電源(F)與數(shù)字電路電源(G)之間相互獨(dú)立。
全文摘要
一種差分輸出超聲波探頭，包括探頭外殼、發(fā)射晶片與接收晶片，發(fā)射晶片與接收晶片均設(shè)置在探頭外殼內(nèi)部的契塊上，且發(fā)射晶片與接收晶片之間設(shè)置有聲隔離層及契塊，與發(fā)射晶片、接收晶片對(duì)應(yīng)設(shè)置的發(fā)射晶片外部引線、發(fā)射晶片內(nèi)部引線與接收晶片外部引線、接收晶片內(nèi)部引線相互分隔絕緣設(shè)置，該差分輸出超聲波探頭與差分放大集成電路、發(fā)射控制電路及發(fā)射電路、模擬信號(hào)放大處理電路、A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)字處理電路與數(shù)字化控制及結(jié)果輸出組成信號(hào)處理裝置。因此本發(fā)明不僅結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力較強(qiáng)，而且適用范圍較廣。
文檔編號(hào)G01N29/24GK101943683SQ201010250008
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者蘇彥榮 申請(qǐng)人:昆山華得寶檢測(cè)技術(shù)設(shè)備有限公司