[发明专利]一种差频连续正弦信号发射电路

说明书

本发明是一种差频连续正弦信号发射电路，包括发射电路，其用于在发射电路的发射输出端上产生发射信号；DDS频率合成器，其用于生成多个、有着不同频率的连续正弦电压信号；七阶椭圆低通滤波器，其用于滤除杂波，得到纯净、输出规整的连续正弦电压信号；电压放大器，其用于放大电压信号幅值，调节滤波后的电压值；功率放大器，其用于调节电路中的功率；时钟电路，其用于实现双通道DDS频率合成器的同步；峰值检测器，其用于实现双通道发射电路间的平衡；网络匹配，其用于与换能器进行动态阻抗匹配，驱动换能器产生所需频率的连续声波信号。本发明可作为超声波无损检测领域独立的超声波信号激励源，且电路运行稳定，可靠性高，应用价值高。

技术领域

本发明涉及线聚焦共焦超声传感器、超声激发声发射、振动声成像技术领域，具体涉及一种差频连续正弦信号发射电路。

背景技术

超声激发声发射（USAE）就是将两束具有微小频差Δf的共焦超声波聚焦于物体，产生频率为Δf的交变辐射力。在辐射力的作用下，物体沿着声轴方向做往复振动，向外辐射声波信号。根据辐射声波信号，揭示双频交变压缩力对软骨力学性能的调控机理。为此，超声波发射电路必须能够激发换能器发射稳定、连续、频率可调控的超声波。

换能器发射超声波，需要电激励。激励方法常为：在压电材料的两端涂上薄层金属电极，然后加上交变电压，使其内部产生电场。电激励有两种形式：连续波激励和脉冲波激励。一般脉冲波激励用于精确地分辨出物体及其位置。用脉冲波激励与较低品质值的换能器，能发射持续时间较短的声脉冲，以提高距离分辨率。连续波激励高品质值的超声换能器，换能器的损耗较小，可发射出频率稳定、功率较强的连续超声波。

调控交变辐射力频率即调控发射超声波的的频差，需要频率合成器。频率合成器是基于以一个或多个参考源为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点而研制的频率源。直接数字频率合成（DDS）利用数字方式累加相位，再以相位之和作为地址来查询正弦函数表，得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经 数字模拟转换器(DAC)变换得到模拟正弦波输出。直接数字频率合成器是从相位概念出发直接合成所需波形的频率合成芯片。直接数字频率合成这种频率合成方法可以获得很高的频率精度和相位分辨率、快速频率转换时间和低相位噪声的频率信号，并且结构简单集成度高，易于功能扩展和全数字化便于集成等优点，可用于合成连续正弦电压信号。

分析信号频谱时为了提高系统的频率分辨率，需要设计性能优良的模拟滤波器。在所有的模拟滤波器中，椭圆滤波器有着极高的性能。无源滤波器(LC滤波器)频率范围很宽，椭圆型滤波器阻带特性比其他滤波器好。故根据设计要求，按照椭圆型低通滤波器理论设计方法，将滤波器归一化来初步确定滤波器的阶数及元件值。

在超声发射装置中，通过发射电路产生作为发射信号的高频交流电压信号。在发射阶段中，所述交流电压信号施加到超声转换器上，用于发出超声波。因为超声发射装置的发射功率的有效范围关键取决于发射信号的电压频率与振幅，所以在馈入到超声转换器中之前控制发射信号的电压频率、通过电压放大器放大发射信号的电压振幅。实现发射较高的频率稳定度，高的频率分辨率，且频率在较大的范围内可方便的进行调节的正弦波。

在超声发射装置中，在超声换能器的工作状态对其进行动态阻抗匹配，有效驱动换能器产生连续、稳定的超声波。同时对电路进行调阻，使整个电路的有功电阻和信号源输出阻抗相接近，以达最佳功率输出。

如果观察电路可以发现，电路采用两独立的DDS通道。在使用时，需要保证通道间的频差稳定、电路平衡。为实现上述功能，需要引入反馈电路。通过常规峰值检测器，与前后电路阻值相匹配，实现两通道功率的平衡。将其输入端与功率放大器输出端连接，对输出电压进行整峰处理。将其输出端与单片机引脚连接,输出信号经运放放大后，送单片机采样。单片机对两个通道的输出幅值分别进行采样，比较后通过改变AD9851的幅值和修改AD8330的放大倍数来对输出做出调整，以使它们的幅值相接近，达到电路功率的平衡。

发明内容