用于高鐵鋼軌探傷的正負脈沖超聲發(fā)射接收板卡設計

　　摘要：目前在鋼軌探傷的超聲波發(fā)射電路中常用的是基于電容充放電原理的負尖脈沖的激勵方式，超聲波發(fā)射重復頻率受電容充放電速度的影響，且激勵電壓不恒定，直接導致測量結果定量困難。針對這一問(wèn)題，提出了一種用于高鐵鋼軌探傷的正負脈沖激勵的超聲波發(fā)射電路，采用與超聲探頭周期相同的正負脈沖對探頭進(jìn)行激勵，實(shí)驗結果表明，該超聲波發(fā)射電路脈沖在4KHz重復頻率下激勵電壓穩定，接收電路通道間無(wú)干擾，符合高鐵鋼軌探傷使用要求。

　　前言

　　目前超聲系統使用的激勵波形主要有負尖脈沖、雙極性調諧脈沖、方波脈沖、階躍脈沖(如圖1所示)，作者對各種激勵方式對超聲信號的影響進(jìn)行了分析。

　　在鋼軌探傷領(lǐng)域內，超聲探頭的固有頻率多為2.5MHz或3.5MHz，且激勵電壓高，一般為300V左右，使用最多的是負尖脈沖激勵方式，負尖脈沖激勵方式原理和電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。負尖脈沖的產(chǎn)生原理如圖2所示。

　　通過(guò)控制高速開(kāi)關(guān)使電容充放電來(lái)產(chǎn)生負尖脈沖。為提高超聲測量的靈敏度，需要負尖脈沖的下降沿時(shí)間越短越好。負尖脈沖電路超聲波激勵在高速鋼軌檢測使用中有如下不足：(1)激勵電壓的幅值取決于電容的充電電壓，受各種因素影響，激勵電壓的幅值不穩定，重復性不好。(2)受到電容充放電速度的影響，測量的重復頻率受到限制，當測量重復頻率增大時(shí)，激勵電壓的幅值會(huì )下降。

　　目前采用輪式探頭的高鐵鋼軌探傷車(chē)檢測速度最高為80km/h，檢測重復頻率為4KHz，采用負尖脈沖的激發(fā)方式已經(jīng)不能很好地滿(mǎn)足要求。

　　方波脈沖可以提高激勵電壓的穩定性，雙極性調諧脈沖可以明顯提高檢測信號幅度，本文提出了一種正負脈沖的激勵方式，結合了方波脈沖和雙極性調諧脈沖的優(yōu)點(diǎn)。

　　1 正負脈沖激勵的超聲波發(fā)射接收電路

　　1.1 正負脈沖激勵的原理

　　正負脈沖激勵的波形如圖3所示，采用正負兩種電壓輪流施加到超聲探傷上，正負脈沖的峰峰值即為施加到超生探頭上的電壓值，正負脈沖的頻率可以根據檢測的需要進(jìn)行調節。在正負脈沖的一個(gè)周期內，超聲探頭產(chǎn)生3次振動(dòng)。

　　正負脈沖具有方波脈沖的可控性?xún)?yōu)點(diǎn)，激勵幅值電壓穩定，同時(shí)，又具有雙極性調諧脈沖的調諧特性，可以提高檢測信號的幅值。