用于高铁钢轨探伤的正负脉冲超声发射接收板卡设计

2 正负脉冲发射接收电路电磁兼容设计

　　使用正负脉冲方式激励多路超声波，激励电压高，正负脉冲频率快，且方波自身包含高频谐波，极易产生电磁兼容问题，超声波接收电路的模拟电路部分信号小，也很容易受到电磁干扰，因此需要对超声波发射接收电路进行电磁兼容设计。本文采用了多种措施：

　　(1)高低压电源分开超声波发射激励电压采用±70V电源，发射控制及接收电路中使用5V电压，高压与低压间采用单点连接方式，避免瞬间脉冲电流流入模拟地;

　　(2)数字控制部分与模拟信号部分器件布局分区，如图6所示;

　　(3)多个通道间的地层进行分割，确保各个通道之间的电流回路互不影响;

　　(4)精心走线，确保高压部分的正负脉冲与探头组成的电流回路面积最小;

　　(5)采用6层板设计，将关键数字信号内部走线。

3 实验验证

　　为验证设计的正负脉冲发射接收电路，对设计的电路进行试验。实验采用探轮标定装置进行试验，该探轮标定装置可以对9英寸探轮内部0度超声探头进行标定。将设计的4通道正负脉冲发射接收卡的发射端接9英寸探轮的0度超声探头，超声发射重复频率为4KHz。

　　图7为在发射电路的TX端不接超声探头时测量到的正负脉冲波形，每次触发采用2个正脉冲、2个负脉冲，脉冲电压为±70V，正负脉冲的频率与超声探头的频率相同，均为2.25MHz，可以看出：设计的正负脉冲发射电路可以产生要求的正负脉冲，选择的器件能够满足要求。图8为接入0度探头对钢轨试块进行测试，在螺孔处测得的界面波、螺孔回波和底波的全波检波后的A型显示信号波形。测试过程中采用的界面波增益为30dB，监视闸门和底波闸门的增益均为47dB。界面波时间约为90us。图7中黄色波形为施加到探头上的激励脉冲波形，从图8可以看出：(1)正负脉冲电路可以对超声探头进行激励;(2)隔离限幅电路确保了正负脉冲既能施加到超声探头上，又能对后续的接收电路起到隔离保护作用;(3)设计的接收电路可以完成信号在固定增益和闸门增益下的信号放大。

　　为验证各通道的干扰情况，采用一个超声发射接收通道对0度超声探头进行激励，使用示波器测量其他3个超声发射接收通道的A型显示，各闸门增益与0度接收通道闸门增益设置相同，未发现在其他3个通道存在干扰回波。

4 结论

　　本文研究了一种采用正负脉冲对超声探头进行激励的发射接收电路，提出了一种正负脉冲产生电路，设计了超声波接收电路，并采用多种技术手段解决了发射接收电路的电磁兼容问题，并采用研究的发射接收电路进行了实验，实验表明：研究的正负脉冲超声波发射接收电路满足超声波激励要求，接收到的超声回波信号幅值稳定、各通道间无相互干扰。

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