用于高鐵鋼軌探傷的正負脈沖超聲發射接收板卡設計

　　2 正負脈沖發射接收電路電磁兼容設計

　　使用正負脈沖方式激勵多路超聲波，激勵電壓高，正負脈沖頻率快，且方波自身包含高頻諧波，極易產生電磁兼容問題，超聲波接收電路的模擬電路部分信號小，也很容易受到電磁干擾，因此需要對超聲波發射接收電路進行電磁兼容設計。本文采用了多種措施：

　　(1)高低壓電源分開 超聲波發射激勵電壓采用±70V電源，發射控制及接收電路中使用5V電壓，高壓與低壓間采用單點連接方式，避免瞬間脈沖電流流入模擬地;

　　(2)數字控制部分與模擬信號部分器件布局分區，如圖6所示;

　　(3)多個通道間的地層進行分割，確保各個通道之間的電流回路互不影響;

　　(4)精心走線，確保高壓部分的正負脈沖與探頭組成的電流回路面積最小;

　　(5)采用6層板設計，將關鍵數字信號內部走線。

　　3 實驗驗證

　　為驗證設計的正負脈沖發射接收電路，對設計的電路進行試驗。實驗采用探輪標定裝置進行試驗，該探輪標定裝置可以對9英寸探輪內部0度超聲探頭進行標定。將設計的4通道正負脈沖發射接收卡的發射端接9英寸探輪的0度超聲探頭，超聲發射重復頻率為4KHz。

　　圖7為在發射電路的TX端不接超聲探頭時測量到的正負脈沖波形，每次觸發采用2個正脈沖、2個負脈沖，脈沖電壓為±70V，正負脈沖的頻率與超聲探頭的頻率相同，均為2.25MHz，可以看出：設計的正負脈沖發射電路可以產生要求的正負脈沖，選擇的器件能夠滿足要求。圖8為接入0度探頭對鋼軌試塊進行測試，在螺孔處測得的界面波、螺孔回波和底波的全波檢波后的A型顯示信號波形。測試過程中采用的界面波增益為30dB，監視閘門和底波閘門的增益均為47dB。界面波時間約為90us。圖7中黃色波形為施加到探頭上的激勵脈沖波形，從圖8可以看出：(1)正負脈沖電路可以對超聲探頭進行激勵;(2)隔離限幅電路確保了正負脈沖既能施加到超聲探頭上，又能對后續的接收電路起到隔離保護作用;(3)設計的接收電路可以完成信號在固定增益和閘門增益下的信號放大。

　　為驗證各通道的干擾情況，采用一個超聲發射接收通道對0度超聲探頭進行激勵，使用示波器測量其他3個超聲發射接收通道的A型顯示，各閘門增益與0度接收通道閘門增益設置相同，未發現在其他3個通道存在干擾回波。

　　4 結論

　　本文研究了一種采用正負脈沖對超聲探頭進行激勵的發射接收電路，提出了一種正負脈沖產生電路，設計了超聲波接收電路，并采用多種技術手段解決了發射接收電路的電磁兼容問題，并采用研究的發射接收電路進行了實驗，實驗表明：研究的正負脈沖超聲波發射接收電路滿足超聲波激勵要求，接收到的超聲回波信號幅值穩定、各通道間無相互干擾。

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