鋁板的電磁超聲檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與器件的選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23684鋁板的電磁超聲檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)與器件的選型分析案例 1249601.1信號分析 1129791.2總體方案 2213941.3器件的選型 3216991.4小結(jié) 5鋁板的電磁超聲檢測系統(tǒng)分為激勵電路，機(jī)械部分和傳感器，接收電路。本章主要對其前兩個部分所產(chǎn)生的信號進(jìn)行分析，來完成接收電路總體方案的設(shè)計(jì)和部分器件的選型。1.1信號分析對傳感器產(chǎn)生的輸入信號進(jìn)行分析，通常EMAT的換能效率很低，當(dāng)電路達(dá)到良好匹配且發(fā)射線圈電流峰峰值時，接收線圈上的電壓也僅為數(shù)十微伏，我們將信號放大至伏，最少需要1000倍的放大，最多我們需要的放大倍數(shù)可能是10000倍。根據(jù)設(shè)計(jì)的激勵電路可知信號的頻率范圍在500KHz-5MHz。1.2總體方案圖2-1總體系統(tǒng)框圖根據(jù)接收信號的電壓為10mV-100mV，其頻率范圍為500KHz-5MHz，首先接收信號之前需要一個前置放大電路，第一級放大電路的噪聲系數(shù)，信噪比，放大增益在很大程度上決定了系統(tǒng)的噪聲系數(shù)。減小系統(tǒng)第一級放大電路的噪聲系數(shù)同時提高其功率增益是降低接收系統(tǒng)噪聲系數(shù)的關(guān)鍵，所以前置放大電路使整個接收電路的一個重要組成部分，因?yàn)榍爸梅糯箅娐凡粌H要能夠抑制共模噪聲又要具有一定放大倍數(shù)的增益，而且噪聲很低。因?yàn)樾枰种乒材Ｔ肼?，所以選擇了儀表放大器來進(jìn)行前置放大電路的設(shè)計(jì)，而且前置放大電路需要有一定的放大倍數(shù)，所以在芯片選擇時，注意了芯片在符合頻率范圍時，是否具有合適的放大倍數(shù)。根據(jù)器件的選型，選擇的儀表放大器AD8421在符合頻率的條件下放大倍數(shù)為10.因?yàn)榻邮盏男盘柗翟谝粋€范圍內(nèi)波動，所以系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)可控制增益的放大器，根據(jù)資料選擇了較為簡單的壓控可調(diào)增益放大器，是用STM32控制電壓可以實(shí)現(xiàn)增益的調(diào)節(jié)，電路所需的最大放大倍數(shù)為10000倍，由于前置放大電路進(jìn)行了十倍的放大，所以后面的兩級放大電路承擔(dān)了最少1000倍的放大倍數(shù)，所選擇的芯片可完成0-40倍的放大，通過兩級的放大最大可完成1600倍放大。在信號經(jīng)過第一級放大電路后以及寬帶濾波后，需要有一個電壓跟隨器其放大倍數(shù)為1。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種重要方法，采用濾波器可以限制接收系統(tǒng)的頻帶以抑制無用信號的干擾，而不影響有用信號，提高接收器的信噪比。巴特沃斯濾波器的特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，切比雪夫?yàn)V波的特點(diǎn)，沒有起伏，通帶平坦、阻帶等波紋或是阻帶平坦、通帶等波紋。根據(jù)信號的輸入來選擇合適類型的濾波器，第一級濾波器需要對整個系統(tǒng)的信號進(jìn)行初選，保證使其是我們的系統(tǒng)可以處理的信號頻率。第二級濾波器設(shè)計(jì)為可選擇的濾波器，對輸入的信號進(jìn)行進(jìn)一步的篩選，可選擇不同頻率范圍的信號進(jìn)行濾波。1.3器件的選型1)前置放大電路:AD8421前置放大既要能夠抑制共模噪聲又要具有一定放大倍數(shù)的增益，而且噪聲要低。其通帶頻率為500KHz-5MHz，增益大約為10，經(jīng)過開題的準(zhǔn)備工作，我們選擇AD8421芯片來作為前置放大電路的芯片。表2-1AD8421規(guī)格參數(shù)，動態(tài)響應(yīng)測試條件ARGradeBRGrade單位G=1-3dB1010MHzG=101010G=10022G=10000.20.2圖2-2AD8421引腳圖[23]AD8421放大器符合在增益為10的時候其最高頻率為10MHz滿足我們所需要的500KHz-5MHz的需求。可控增益放大電路：VCA810圖2-3VCA810[24]表2-2VCA810特點(diǎn)高增益調(diào)節(jié)范圍增益控制帶寬最大溫度范圍高輸出電流±40dB25MHz-40°到+85°±60mAVCA810是一個可變增益放大器，可以通過改變其控制電壓來控制其增益的大小。他的增益變化范圍在+40dB到-40dB之間線性變化。3)電源模塊：A2405S-2W,圖2-4A_S-2W電源模塊如圖2-4為電源模塊采用的芯片。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊查詢我們所需的±5V與±12V電壓可由A2405S-2W與A2412S-2W生成。此芯片特性：低紋波系數(shù)和低噪音；工作溫度范圍：-40+85℃；)輸入電源電壓的變化范圍在10%以內(nèi)。A_S-2W系列沒有3.3V電源模塊，所以選擇FN2-24S3V3C3作為給STM32進(jìn)行供電的電源模塊如圖2-4所示。此芯片特性：定電壓輸入，隔離非穩(wěn)壓輸出，輸出功率2W；轉(zhuǎn)化率高；無需外加元件，封裝小。圖2-5FN2-XXSXXC3N系列電源模塊4)實(shí)現(xiàn)壓控電路：DAC0808圖2-6DAC0808引腳圖DAC0088系列是8位單片數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。因?yàn)樾枰妷嚎刂品糯箅娐吩鲆妫孕枰褂脭?shù)模轉(zhuǎn)換芯片將STM32產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。調(diào)節(jié)引腳14輸入的電壓和電阻可改變輸出電壓的范圍。5)頻率選擇電路：CD4051圖2-7CD4051CD4051是單端8通道多路開關(guān)，它有3個通道選擇輸入端C、B、A和一個禁止輸入端INH。C、B、A用來選擇通道，當(dāng)INH用來控制CD4051是否有效。通過STM32進(jìn)行通道選擇的控制，000-111數(shù)字信號可選擇八個通道，對INH端進(jìn)行控制當(dāng)INH=“1”，所有通道均斷開，禁止模擬量輸入;當(dāng)INH=“0”時，通道接通，允許模擬量輸入。選擇此芯片對窄帶濾波電路進(jìn)行篩選，可在500KHz-2MHz、2MHz-3.5MHz和3.5MHz-5MHz進(jìn)行選擇。1.4