用于激励超声导波的激励信号源的设计方法
物理实验技术中的声学激励与测量方法
物理实验技术中的声学激励与测量方法引言：声学是物理学中的一个重要分支，涉及到声波的产生、传播和测量等方面。
在物理实验中，声学激励和测量起着关键的作用。
本文将探讨物理实验技术中常用的声学激励方法和测量方法。
一、声学激励方法1. 声源激励在物理实验中，常用的声学激励方法之一是声源的激励。
声源可以是机械声源（如冲击器、震动器等）或电声源（如扬声器）。
激励声源的频率、振幅和波形等参数可以根据实验需求进行调整和控制。
声源的选择和设计是实验中的重要环节，它直接影响到实验的准确性和可靠性。
2. 超声激励超声是指频率超过人类听觉范围（20Hz至20kHz）的声波。
超声激励在物理实验中应用广泛，例如超声波测距、材料的非破坏性检测等。
超声激励可以通过装置（如超声发生器和超声探头）进行产生和控制，以实现不同频率和振幅的声波激励。
3. 激光干涉激光干涉是一种精密的声学激励方法，它可用于测定物体的振动特性。
激光束照射在物体上，经过干涉形成干涉条纹，在干涉条纹的变化中可以得到物体的振动情况。
激光干涉在精密测量、材料力学性质研究等领域有广泛应用。
二、声学测量方法1. 声压级测量声压级是衡量声音强度的指标，用帕斯卡（Pa）作为单位。
声压级的测量通常使用声压级表或声压级计。
声压级测量在环境噪声、声学性能评估等方面具有重要作用。
2. 声速测量声速是声波在介质中传播的速度，它与介质密度和弹性模量等有关。
声速的测量一般采用声时差法或共振法。
声速的准确测量对工程设计和材料研究具有重要意义。
3. 声子晶格测量声子晶格是一种固体中的声波传播模式，与材料的结构和性质息息相关。
声子晶格的测量可以通过布拉格散射法、中子散射法等得到声子晶格的能带结构和色散关系，从而研究材料的热输运性质等。
4. 声学显微镜测量声学显微镜是一种将声波转化为图像的装置，它通过测量声波的干涉、衍射或散射等特性来获取物体的形态和结构信息。
声学显微镜在材料表面形貌观察、生物组织检测等领域有广泛应用。
基于DDS的超声导波间歇扫频信号源设计
基于DDS的超声导波间歇扫频信号源设计
陈福梁;杨世锡;甘春标;于保华
【期刊名称】《仪表技术与传感器》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】为了减小超声导波检测时导波的频散和多模态现象,设计了一种基于DDS 技术的超声导波检测专用间歇式扫频猝发信号源.采用AD9850产生频率间歇式递增的正弦信号,利用高速计数芯片74LS161和模拟开关MAX308控制猝发信号的输出.实验结果表明,输出信号稳定、精度高,能够为超声导波检测的最佳激励频率选择提供数据支持,且其电路简捷、体积小、使用简单方便,有利于超声导波检测的推广应用.
【总页数】3页(P32-34)
【作者】陈福梁;杨世锡;甘春标;于保华
【作者单位】浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027
【正文语种】中文
【中图分类】TP368
【相关文献】
1.基于DDS+PLL的扫频信号源的设计与应用 [J], 芦莉;张兴旺
2.基于AD9959与STM32的DDS扫频信号源设计 [J], 王睿庭
3.基于ARM和FPGA的DDS扫频信号源设计 [J], 王睿庭
4.基于DDS的超声导波激励信号源的设计 [J], 王军阵;王建斌;陈仁伟
5.基于DDS合成扫频信号源的设计 [J], 彭裕斌
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超声波换能器激励电压信号测试
超声波换能器激励电压信号测试超声波换能器在现代科学与工程中被广泛应用，其作用是将电信号转化为超声波信号。
而为了确保超声波换能器的正常工作，我们需要进行激励电压信号测试。
本文将分为以下几个部分来介绍超声波换能器激励电压信号测试的内容。
一、超声波换能器基础知识超声波换能器是一种能将电能转化为机械振动能的设备，其主要由压电材料和金属材料组成。
在电场的作用下，压电材料会发生形变，从而产生机械振动。
这种机械振动通过与金属材料的结合，最终将电能转化为超声波信号。
二、激励电压信号测试的目的激励电压信号测试的目的是为了验证超声波换能器在不同电压下的工作性能。
通过测试，我们可以了解超声波换能器的灵敏度、频率响应以及最大输出功率等参数，从而评估其实际应用的可行性。
三、测试设备与方法1. 测试设备：激励电源、示波器、信号发生器、超声波换能器。
2. 测试方法：a) 连接超声波换能器和信号发生器，设置合适的频率和幅度。
b) 将示波器与超声波换能器连接，调整示波器的参数，如时间、电压等。
c) 逐步调节信号发生器的电压，记录相应的超声波信号输出。
d) 根据记录的数据，分析超声波换能器的工作性能。
四、测试结果分析根据实际测试数据，我们可以对超声波换能器的工作性能进行分析。
首先，我们可以计算出超声波换能器的灵敏度，即输入电压变化与输出幅度变化的关系。
其次，我们可以绘制超声波换能器的频率响应曲线，了解其在不同频率下的输出情况。
最后，通过测试可以得到超声波换能器的最大输出功率，并根据应用需求来选择最适合的工作电压。
五、应用前景展望超声波换能器在医学、测量和工业等领域有着广泛的应用前景。
通过激励电压信号测试，我们可以评估超声波换能器的性能，为相关领域的应用提供有力支持。
在医学方面，超声波换能器可以用于超声诊断、超声治疗等；在工业领域，超声波换能器可以应用于非破坏检测、清洗和焊接等。
综上所述，超声波换能器激励电压信号测试是确保超声波换能器正常工作的重要步骤。
超声成像检测系统声波信号激励与处理技术
DOI: 10.12677/jsta.2020.81001
4
可编程放 大器203
可编程放 大器202
传感器技术与应用
周明 等
3.1. 信号预处理电路设计
信号预处理电路采用无源 RC 带通滤波器实现，原理图如图 6 所示。将低通上限截止频率设定为 300 kHz，高通下限截止频率设定为 100 kHz，并由此确定电路的 R、C 参数。
(8)
1+
f p′
将信号频率 ƒ = 180 kHz 和下限截止频率 f p′ = 100 kHz 代入式(8)中，可得高通滤波器信号放大倍数 为 0.87。因此，RC 带通滤波器总的信号电压放大倍数为 0.74。
引入无源 RC 带通滤波电路，有效地抑制了工频干扰(如图 7)。RC 滤波电路虽削弱了信号幅值，但 超声成像过程利用的是电压值之比(正比于声压比)，信号幅度的衰减并不影响投影数据的使用。经 RC 滤 波后的信号中还含有一定的噪声成分，且数值较弱，峰–峰值在 10 mV 左右，因此需要后续电路来进一 步处理。
D
T
Vcc2 R5 DZ uL R6
Figure 2. Power amplifier circuit 图 2. 功率放大电路
Hale Waihona Puke 功放电路核心器件场效应管型号为 P45NF06，在其漏极串接限流电阻 R4，阻值为 100 Ω，功率为 10 W。功放电源 Vcc2 采用 25 V 供电。
升压变阻器(T)采用高频脉冲变压器来实现，它的作用为提升激励电压，并实现阻抗变换，使激励源 与发射传感器达到阻抗匹配。所谓阻抗变换，是指将发射传感器的谐振阻抗变换成适当的阻抗值，并与 激励源的输出阻抗相匹配，这样才能够获得所需的输出功率。
基于DDS和FPGA的数字式多脉冲激励超声检测系统设计
基于DDS和FPGA的数字式多脉冲激励超声检测系统设计作者：张宇王雪梅倪文波来源：《中国测试》2016年第06期摘要：针对现有超声波检测系统发射脉冲单一、设计复杂等不足，设计一个以现场可编程门阵列（FPGA）为核心的数字式超声检测系统。
采用直接数字合成（DDS）技术，通过可编程方式控制超声波激励信号的产生。
检测系统能够针对不同检测需要，灵活设置和选择不同波形、频率、脉冲宽度和脉冲数的激励信号，从而提高检测能力和适应性。
试验结果表明：多脉冲激励方式能够在较低的激励电压下，获得更强的超声回波信号，实现工件内部更深范围内缺陷的有效检出。
关键词：直接数字合成；现场可编程门阵列；超声波检测；高速数据采集；多脉冲激励文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）06-0074-060 引言超声波检测是工业无损检测中应用最广泛、研究最活跃的方法之一[1]。
传统的模拟式检测仪器测量过程复杂、发射脉冲单一、精度低、误差大、回波信号存储和再现困难。
数字式超声波检测仪器以微处理器为核心，按预先设置的程序，自动对仪器进行控制，实现缺陷数据的采集、判别、存储以及显示等功能，具有动态范围大、准确度高、稳定性好、使用灵活、方便等优点[2]。
在工业超声检测中，对不同的探伤材料和探伤厚度，往往需要配合不同谐振频率的探头，采用不同脉冲宽度、不同波形和不同重复频率的激励信号[3]。
而传统的超声波发射电路，无论是谐振式还是非谐振式，往往只能产生一种形式的激励信号——连续波或脉冲波，其激励信号的波形、脉冲宽度、幅度和频率等参数均由电路结构或探头材料确定，不能按照需求方便地进行调整，在实际应用时存在很大的局限性。
本文基于DDS原理，在FPGA硬件平台上，辅以高速A/D转换芯片，设计了一可灵活选择和设置激励信号种类和频率的数字式超声检测系统，并对单脉冲和多脉冲激励下检测系统的灵敏度和分辨率进行了实验分析[4]。
1 系统总体方案设计数字式超声波检测系统的总体方案的原理框图如图1所示，系统包含激励模块、回波信号调理模块、数据采集模块、主控模块、传输和存储模块[5]。
一种用于超声检漏探头激励的任意波形发生器
…，蝴 一 电子测量技术 ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮ０Ｉ ０ＧＹ 第４Ｏ卷第８期 ２０１７年８月 一种用于超声检漏探头激励的任意波形发生器 綦 磊 孙立臣 李 征 （北京卫星环境工程研究所北京１０００９４）
摘要：超声检漏作为一种新型检漏方法，越来越多地应用于工业现场。为满足超声检漏中超声探头激励的需要，介 绍了一种任意波形发生器的设计，利用直接数字式频率合成（ＤＤＳ）技术，以ＦＰＧＡ作为主要器件，并辅以必要的放大、 滤波电路，实现任意波形的产生。通过串行接口，用单片机来设定频率和幅度的大小以及波形的选择；ＦＰＧＡ用来改 变ＤＤＳ频率控制字，并由ＦＰＧＡ来实现波形表生成和频率控制；将ＦＰＧＡ产生的波形数据送入到ＡＤ７５２４进行Ｄ／Ａ 转换，通过低通滤波器和集电极开路电路来提高输出波形质量并增强其带负载能力。最后给出了本设计产生的正弦 信号与函数发生器产生的正弦信号的频谱分析比较。 关键词：超声探头；泄漏检测；现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）；数字信号发生器 中图分类号：ＴＮ７４１ 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：５１０．４０
Ａｒｂｉｔｒａｒｙｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｅｘｃｉｔｉｎｇ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｉｎ ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
Ｑｉ Ｉ ｅｉ Ｓｕｎ Ｌｉｃｈｅｎ Ｌｉ Ｚｈｅｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｄｉｇｉｔａ１ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ（ＤＤＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｅｄ ＦＰＧＡ ａｎｄ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ａｎａｌｏｇ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｂｙ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｅｔ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆｗａｖｅｆｏｒｍ；ＦＰＧＡ ｔｏ ｃｈａｎｇｅ ｔｈｅ ｗｏｒｄ ｏｆ ＤＤＳ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｔａｂｌｅ’ｓ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；Ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｄａｔａ ｗｈｉｃｈ ＦＰＧＡ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｉｓ ｓｅｎｔ ｉｎｔｏ ＡＤ７５２４ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｏｇ—ｔｏ—ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；Ｔｈｅ １ａｔｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ＯＣＩ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｉｔｓ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｔａｋｅ ｔｈｅ ｌｏａｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ａ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ａ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｌｅａｋ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）；ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
电磁超声脉冲激励系统设计
电磁超声脉冲激励系统设计于腾飞;任尚坤;张丹【摘要】为了更好地解决电磁超声检测技术换能效率低的问题,在对当前已有的激励系统进行调查研究的基础上,设计了一种新型的电磁超声脉冲激励系统.该系统可以针对不同的检测对象,设定频率、脉冲个数、相邻两组脉冲的间隔时间等参数.在设计中,采用了现场可编程门阵列(FPGA)提供控制信号,采用光电耦合器对前后端系统电气隔离、全桥逆变技术,对输入信号进行直流到交流的变换,并且可以实现较大的功率输出.同时,基于线圈和涡流场的相互耦合作用,设计了由单层完全相同的线圈组成的堆积线圈,完成换能器的阻抗匹配.为了控制处于活跃状态线圈的阻抗值,可根据实际阻抗灵活选择线圈的个数从而实现阻抗匹配,解决了电磁超声换能效率低的问题.试验结果表明,该设计达到了预期的设计目标,为进一步研究电磁超声检测技术提供了参考,具有一定的推广价值.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】4页(P99-102)【关键词】电磁超声;脉冲激励系统;全桥逆变;互补波形;功率放大;FPGA;换能效率;堆积线圈【作者】于腾飞;任尚坤;张丹【作者单位】南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063;南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TH7010 引言与传统的压电超声检测技术相比，电磁超声检测技术具有结构简单、易于使用、非直接接触、环境适应性强的特点[1-3]。
但是由于其能量转换效率较低，低电压下很难由脉冲激励产生超声波，需要高压、高频的激励脉冲才能得到用于检测的超声波[4-5]。
由于被检测材料的特性不同，激励系统的输入参数不尽相同。
因此，需要开发一种能够应用在多数材料检测中的激励系统。
目前，国内外已有研制成功的电磁超声脉冲激励系统，如Innerspec科技生产的高频脉冲发生器，在100 kHz～6 MHz频率范围内对50 Ω的负载有8 kW的功率输出，在25 A电流峰值下有着最大1 200 V的电压峰峰值。
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用于激励超声导波的激励信号源的设计方法
在应用于管道缺陷检测的众多无损检测技术当中，超声导波检测技术与常
规无损检测方法相比，具有检测距离长，检测速度快等突出优点。超声导波在
管道中传播时存在多模态与频散特性，若超声导波所用的激励源仍采用常规超
声检测时宽带激励的方法，则在管道中所激发出的超声导波，将会发生频散，
即不同频率的超声导波其群速度也不一样，这样会使管道中接收到的超声导波
回波信号的幅值微弱，不利于缺陷检测的分析与处理，频散严重时可能无法得
到缺陷回波信号。通过分析频散曲线可知，在某一频率范围内，某一模态的导
波几乎不发生频散，纵向轴对称导波模态L(O，2)就是其中的一种，L(0，2)模
态在一定的频率范围(40～500 kHz)内其传播速度几乎保持不变，且传播速度最
快。若采用相应频段内的窄带脉冲作为激励信号，则可激励出L(O，2)模态占
主导的超声导波，这样可最大限度地避免超声导波的频散现象带来的不利影响。
利用高速单片机，数模转换器等设计了专门用于激励超声导波的窄带激励信号
源，该信号源可实现汉宁 (Hanning)窗的宽度可调，单音频信号频率可调的功
能，提供了一种用于激励超声导波的激励信号源的设计方法。
1 系统总体结构
在进行超声导波管道检测时，一般选用汉宁窗调制单音频的窄带信号脉
冲作为激励信号源，即选的激励函数为
其中，f为单音频信号频率，n为汉宁窗调制的单音频的周期数。
根据超声导波在管道中的传播特性，对于不同材料及尺寸的管道，所需
的超声导波窄带激励信号的频率及周期数不尽相同。利用高速单片机与数模转
换器构成信号发生器，实现汉宁窗调制下的单音频信号的频率可调及汉宁窗宽