專利名稱：新型超聲探頭及新型脈沖電源的制作方法
新型超聲探頭(也稱超聲換能器)屬超聲探測領(lǐng)域。
超聲探測是工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域的重要檢測技術(shù)，其超聲探頭是主要部件，對探頭的基本要求是要有足夠高的靈敏度和選擇性(分辨率)作為超聲換能器的壓電陶瓷元件，以電脈沖激勵，產(chǎn)生振蕩，為達(dá)到探測要求，必須消除余振波。目前廣泛采用的方法是機(jī)械匹配的方法，即在壓電陶瓷片后表面加阻尼塊。阻尼塊通常是采用環(huán)氧樹脂和鎢粉的混合物。通過改變環(huán)氧樹脂和鎢粉的配比，使其聲阻抗接近于壓電陶瓷片的聲阻抗，即所謂高阻尼背襯結(jié)構(gòu)。以單向脈沖激勵，讓高阻尼塊將壓電換能器的余波吸收掉，從而獲得振動余波小，分辨率高的超聲探頭。但這種方法代價很大，因超聲脈沖波能量在阻尼塊里也同時大量損耗，其主波峰的幅度大大減小，探頭靈敏度下降，而且由于靈敏度和選擇性的矛盾給探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝帶來困難。因而這種機(jī)械匹配方法實(shí)際上是不很理想的。
本發(fā)明的目的在于制造一種無背襯阻尼或減輕背襯阻尼結(jié)構(gòu)的且靈敏度高、選擇性好的新型超聲換能器和研制出一種簡單、穩(wěn)定、可靠的適用于激勵該新型超聲探頭的脈沖電源。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的采用高阻尼背襯結(jié)構(gòu)和電激勵方式，采用新型的脈沖電源所產(chǎn)生的雙向雙脈沖激勵壓電陶瓷片，用調(diào)整雙向雙脈沖間相位差的方法，使正、負(fù)脈沖的兩次激勵所產(chǎn)生的振動余波互相抵消，達(dá)到消除余波，而使振動主峰不衰減，從而去掉了傳統(tǒng)背襯阻尼法或減輕背襯阻尼，而獲得靈敏度高、選擇性(分辨率)好的新型超聲探頭。
本發(fā)明的新型脈沖電源主要由脈沖源、延時電路，參數(shù)調(diào)節(jié)電路，功率放大器及脈沖合成器所組成。由脈沖源所產(chǎn)生的脈沖分兩路到達(dá)脈沖合成器，一路經(jīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，功放后直接輸入脈沖合成器，另一路先經(jīng)延時電路，再經(jīng)參數(shù)調(diào)節(jié)，功放后輸入脈沖合成器，然后由脈沖合成器輸出單路雙向雙脈沖電波激勵壓電陶瓷片。或者由脈沖源產(chǎn)生的脈沖串，經(jīng)參數(shù)電路后，再分兩路，一路脈沖串直接進(jìn)入功放電路組，另一路經(jīng)延時電路、參數(shù)調(diào)節(jié)電路后，再進(jìn)入功放電路組，然后由功放電路組輸出多路雙向雙脈沖激勵多個壓電陶瓷片。研制此脈沖源的目的在于使一臺電脈沖源能驅(qū)動盡可能多的超聲換能器，便于做為超聲聚焦驅(qū)動電源。
本發(fā)明的超聲探頭與有背襯探頭相比，在同樣選擇性情況下，有高的靈敏度，簡化了探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省鎢粉、環(huán)氧樹脂背襯，其工藝簡化，探頭靈敏度和選擇性比較容易調(diào)節(jié)，其脈沖電源簡單、穩(wěn)定、可靠的且雙向脈沖相位可調(diào)的新型脈沖電源。
本發(fā)明的附圖如下附

圖1雙向雙脈沖獲得余波小的超聲波原理圖。
附圖2單路雙向雙脈沖電源邏輯框圖。
附圖3多路雙向雙脈沖電路總體框圖。
附圖4電路功放級原理圖。
附圖5脈沖產(chǎn)生電路。
參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的原理及實(shí)施例附圖1為采用雙向雙脈沖激勵壓電陶瓷元件所獲得的超聲波，即將脈沖源所產(chǎn)生的單峰脈沖分兩路抵達(dá)超聲探頭，一路直達(dá)，另一路經(jīng)延時反相后到達(dá)超聲探頭。這樣兩路脈沖在負(fù)載上產(chǎn)生的超聲波除在第一谷值相重疊外，其余幅值相等而相位相反，相互抵消，從而獲得聲脈沖呈單峰和小余波的超聲波。圖1中(a)-正向脈沖激勵，(b)-負(fù)向脈沖激勵，(c)-雙向雙脈沖激勵。
附圖2所示的單路雙向雙脈沖電源邏輯框圖中，由脈沖源〔1〕發(fā)出的脈沖分兩路到達(dá)脈沖合成器〔7〕，一路經(jīng)參數(shù)調(diào)節(jié)電路〔2〕和功放電路〔3〕后，直達(dá)脈沖合成器〔7〕，另一路先經(jīng)延時電路〔4〕，再經(jīng)參數(shù)調(diào)節(jié)電路〔5〕和功放電路〔6〕到達(dá)脈沖合成器〔7〕，再由脈沖合成器〔7〕輸出單路雙向雙脈沖來激勵壓電陶瓷片。兩路脈沖分別經(jīng)參數(shù)調(diào)節(jié)電路的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，達(dá)到調(diào)節(jié)雙向雙脈沖的脈寬，相位差，周期等參數(shù)，使之獲得滿足要求的雙向雙脈沖。
附圖3是多路雙向雙脈沖電源的一個實(shí)施例的總體框圖。本實(shí)施例的脈沖源是多諧振蕩器〔1〕，由多諧振蕩器〔1〕產(chǎn)生的脈沖串，經(jīng)單穩(wěn)電路〔2〕和參數(shù)調(diào)節(jié)電路〔3〕獲得滿足要求的脈沖串后，再分成兩路，一路直接進(jìn)入功放組〔6〕(本實(shí)施例為四個功放組)，此路稱為A串脈沖，另一路經(jīng)延時電路〔4〕和參數(shù)調(diào)節(jié)電路〔5〕之后，再進(jìn)入四個功放組〔6〕，此路稱為B串脈沖。四個功放組既有功率放大作用，也起到脈沖合成作用，當(dāng)A串、B串脈沖同時工作時，四路輸出為嚴(yán)格同步的雙向雙脈沖電波形。當(dāng)只有A串脈沖工作時，四路輸出為同步的單向脈沖波形。
附圖4的功放級原理圖中，C點(diǎn)為A串脈沖輸入，D點(diǎn)為B串脈沖輸入。功放電路是由二路完全對稱的二級開關(guān)電路組成。BG1、BG2為初級功放開關(guān)管，它將C、D兩點(diǎn)輸入的A串、B串脈沖放大，反相后，經(jīng)R3和C2加到場效應(yīng)管FET1、FET2的柵極上去(本實(shí)施例采用場效應(yīng)管是為了提高脈沖上升沿速度和電路帶負(fù)載的能力)，由FET1、FET2進(jìn)一步放大后，在A、B點(diǎn)獲得放大了的輸出脈沖。當(dāng)雙向雙脈沖工作時，壓電換能器接A、B兩點(diǎn)，當(dāng)單向脈沖輸出時，壓電換能器接A點(diǎn)。
附圖5所示的脈沖產(chǎn)生電路為多諧振蕩電路〔1〕。單穩(wěn)觸發(fā)電路〔2〕以及脈沖延時電路〔3〕的電路原理圖。圖中W1、C1、C2用來調(diào)節(jié)多諧振蕩器的振蕩周期，以達(dá)到調(diào)節(jié)最后輸出級雙向雙脈沖重復(fù)周期T的目的。W2與W4用來調(diào)節(jié)單穩(wěn)電路的脈沖寬度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)雙向雙脈沖輸出中正、負(fù)向脈沖寬度τ1與τ2的目的。W3、C5、C6用來調(diào)節(jié)B串脈沖相對于A串脈沖的延時差。
本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的超聲探頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了靈敏度和分辨率，降低了成本，能推出新型用途的探聲探點(diǎn)，將廣泛用于工業(yè)探測和醫(yī)療等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種采用電激勵方式的新型超聲探頭，其特征在于采用雙向雙脈沖激勵壓電陶瓷元件，用調(diào)整雙向脈沖相位差，達(dá)到消除余波、去掉傳統(tǒng)背襯阻尼法或減輕背襯阻尼。
2.一種用來激勵壓電陶瓷元件的新型脈沖電源由脈沖源、功放電路組成，其特征在于還包括參數(shù)調(diào)節(jié)電路。延時電路和脈沖合成器。
全文摘要
一種新型超聲探頭(超聲換能器)屬超聲探測領(lǐng)域。它改變了傳統(tǒng)超聲探頭結(jié)構(gòu)和電激勵方式，采用新型脈沖電源產(chǎn)生的雙向雙脈沖來激勵壓電陶瓷片，用調(diào)整雙向雙脈沖相位差，達(dá)到消除余波，去掉傳統(tǒng)背襯阻尼法或減輕背襯阻尼。與有背襯阻尼探頭相比，在同樣選擇性的情況下，有較高的靈敏度，且靈敏度和選擇性容易控制。簡化了探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省鎢粉、環(huán)氧樹脂背襯，工藝簡化。其新型脈沖電源是簡單、穩(wěn)定、可靠的雙向可調(diào)相位脈沖電源。將廣泛用于工業(yè)探測和醫(yī)療等領(lǐng)域。
文檔編號G01N29/22GK1043201SQ8810999
公開日1990年6月20日 申請日期1988年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月20日
發(fā)明者劉正塤, 趙曉華, 李奉珠 申請人:南京航空學(xué)院