功率放大器驅(qū)動(dòng)超聲波探頭測(cè)試

超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法不同于常規(guī)超聲檢測(cè)，它的優(yōu)點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)快速、大范圍檢測(cè)，而不是逐點(diǎn)檢測(cè)，同時(shí)為較精確定位缺陷，必須在試驗(yàn)中確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度。因此在構(gòu)建檢測(cè)平臺(tái)上，針對(duì)超聲導(dǎo)波的特殊性(如所選激勵(lì)信號(hào)的特殊性，壓電陶瓷換能器選取的特殊性等)，建立了超聲導(dǎo)波檢測(cè)平臺(tái)，如圖所示：

超聲波換能器是一種能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。功率放大器高頻驅(qū)動(dòng)容性阻性的負(fù)載換能器時(shí)，它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率即超聲波再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。在驅(qū)動(dòng)時(shí)需考慮功率、阻抗、頻率等各方面的因素。

功率放大器應(yīng)用于超聲波測(cè)試、壓電陶瓷、醫(yī)療超聲、 MEMS 實(shí)驗(yàn)、水聲（換能器）磁性材料的磁化特性（B-H 曲線）測(cè)量以及等眾多領(lǐng)域。選擇功率放大器驅(qū)動(dòng)換能器的主要指標(biāo)考慮輸出電壓、頻率、所需要輸出的功率、電阻等，Aigtek針對(duì)1 MHz的超聲波換能器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

超聲波探頭驅(qū)動(dòng)原理：

超聲波探頭，主要利用石英等壓電晶體的逆壓電效應(yīng)來完成電能到超聲波機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換(即超聲波的發(fā)射)，利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來完成超聲波機(jī)械振動(dòng)到電能的轉(zhuǎn)換(即超聲波的接受)，因此又可將其稱為超聲波發(fā)生器或超聲波接收器，是超聲波檢測(cè)的一重要組成部分，也是影響檢測(cè)結(jié)果的一重要結(jié)構(gòu)。

超聲波探頭根據(jù)其所完成功能的不同分為發(fā)射探頭和接收探頭，其中，發(fā)射探頭主要利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)來發(fā)射超聲波，當(dāng)高頻電壓作用于晶片(超聲波探頭的關(guān)鍵部件，是一個(gè)具有壓電效應(yīng)的晶體薄片)上時(shí)，壓電晶體受激勵(lì)以相同的頻率在相鄰介質(zhì)中傳播超聲波，完成電能到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換。而接受探頭主要利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來接受超聲波，當(dāng)超聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，在介質(zhì)的交界面處發(fā)生反射，反射后的超聲波作用于壓電晶體上，便產(chǎn)生與機(jī)械振動(dòng)頻率相同的電能，完成機(jī)械振動(dòng)到電能的轉(zhuǎn)換。

信號(hào)發(fā)生器輸出電壓峰峰值一般是在20Vp-p，通過連接功率放大器大可輸出電壓160Vp-p(±80V)，電流2Arms，帶寬（-3dB）DC~1MHz，壓擺率500V/μs，輸入為BNC接口，輸入電阻50Ω、5kΩ兩檔可選，完美匹配高低內(nèi)阻信號(hào)源。電壓增益數(shù)控0~50倍可調(diào)，具體分為粗調(diào)（1step）和細(xì)調(diào)（0.1 step）兩種。結(jié)合液晶面板增益的顯示，能夠快速調(diào)整至需要的電壓值。

與傳統(tǒng)器件相比,超聲波探頭的驅(qū)動(dòng)有著特殊的要求,一般要求驅(qū)動(dòng)電源輸出頻率在20kHz—1MHHz。另外,為了充分利用可通過頻率、相位和幅值改變壓電片完成電能到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換，要求驅(qū)動(dòng)的電壓和功率需可調(diào)，并可輸出大功率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Aigtek基于對(duì)功率放大器多年的測(cè)試研究,ATA4012作為雙極性高壓驅(qū)動(dòng)電源能很好地實(shí)現(xiàn)所需要的功能。