超声波流量计时差法探头电路探讨  二

2 超声波探头收发电路研究

超声波探头(又称换能器)及其发射接收电路在流量测量系统中起着关键的作用，它决定了这个系统所能达到的最终测试指标及测量精度。当超声探头选定后，其性能参数也就确定了，包括它的匹配等效阻抗，机械共振频率等。本文中提到的超声探头用的是压电式的超声波发生器，它的工作原理是利用压电晶体的谐振来工作的。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有震荡频率时，压电晶片就会发生共振，并带动共振板震动，便产生超声波，此时它就是超声波发生器。反之，两电极问没有外加电压，当共振板接收到超声波时，共振板将压迫晶片震动将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。本文所要研究的就是如何使发射探头的信号更好的发射电路，超声检测中常用的发射信号有三种：单脉冲信号，方波信号，正弦连续波信号，可以根据检测的应用场合确定使用哪种发射信号。本论文讨论的是时差法测流量的收发电路研究，所以选用是单脉冲发射信号，形成时间差，用于计算流速。

2．1 超声波探头发射电路

在超声流量测量系统中，发射电路是一个重要组成部分，它在一定程度上决定着系统的性能指标。当超声换能器选定后，发射电路的设计直接影响着发射的声功率和波形的重复性。

在本电路的设计中，采用Q 高频功率晶体管作为探头驱动电路的功率放大晶体管，采用中频变压器实现升压和探头的阻抗匹配及调谐。此电路采用12 V的直流供电，当在电路输入端(VIN端)加上一个单极性正弦波时，经过晶体管的放大、变压器的升压及电容匹配后，探头上将会得到一个较高幅度的功率信号。电路中的电阻R25用于限制集电极电流，防止烧坏晶体管。

超声波流量计