一种无延时开关电路、开关及超声波损伤诊断和检测设备
阅读说明：本技术 一种无延时开关电路、开关及超声波损伤诊断和检测设备 (Non-delay switch circuit, switch and ultrasonic damage diagnosis and detection equipment ) 是由 王奕首 林霆威 邹丽 孙哲 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及开关电路技术领域,特别涉及一种无延时开关电路、开关及超声波损伤诊断和检测设备,包括压电晶片,所述压电晶片上设置有电路；所述电路包括用于接收激励信号的激励端以及采集传感器信号的接收端；所述激励端通过第一组背靠背二极管与第一桥路的输入端连接；所述第一桥路的输出端与地线连接,其余两端反向加载电压；所述接收端不仅与传感器电性连接,还通过第二组背靠背二极管与第一组背靠背二极管的输出端连接；所述第二组背靠背二极管的输出端与限流单元的输入端连接；所述限流单元的输出端与下级电路连接。本发明提供的无延时开关电路可以实现压电晶片对信号的自发自收,并且可减少压电晶片信号之间的相互干扰,极大简化了整体结构。(The invention relates to the technical field of switch circuits, in particular to a non-delay switch circuit, a switch and ultrasonic damage diagnosis and detection equipment, which comprises a piezoelectric wafer, wherein a circuit is arranged on the piezoelectric wafer; the circuit comprises an excitation end for receiving an excitation signal and a receiving end for acquiring a sensor signal; the excitation end is connected with the input end of the first bridge circuit through a first group of back-to-back diodes; the output end of the first bridge circuit is connected with the ground wire, and voltages are reversely loaded at the other two ends; the receiving end is electrically connected with the sensor and is also connected with the output end of the first group of back-to-back diodes through the second group of back-to-back diodes; the output end of the second group of back-to-back diodes is connected with the input end of the current limiting unit; and the output end of the current limiting unit is connected with the lower-level circuit. The non-delay switch circuit provided by the invention can realize the spontaneous receiving and spontaneous receiving of the piezoelectric wafers to the signals, can reduce the mutual interference among the piezoelectric wafers, and greatly simplifies the whole structure.)
技术领域
本发明涉及开关电路技术领域，特别涉及一种无延时开关电路、开关及超声波损伤诊断和检测设备。
背景技术
压电材料是一种新型智能材料，从1880年居里兄弟发现压电材料就有压电效应之后，随着材料科学生产工艺不断改良，压电材料得到了飞速发展，其应用的领域也越来越广泛。压电材料具有压电效应，即一种电能与机械能相互转化的作用，从而将电信号转化为导波信号用于探测，再将导波的回波信号转化为电信号进行分析，因此压电晶体也广泛应用于声波领域。
申请号为CN201020678856.1专利名称《真空隔热板真空度检测装置》，公开日为2011年11月09日，公开了一种真空度检测装置，设有信号发送装置和信号接收处理装置；所述信号发送装置设有真空传感器、内置单片机、内置压电晶体和电磁继电器开关；所述信号接收处理装置设有外置压电晶体、放大电路、滤波电路、跟随电路、外置单片机和显示器。实现对真空隔热板内置部真空度进行检测传输。结合单片机及外围信号处理电路，利用磁性开关控制内置单片机的工作，实现对真空隔热板内置部真空度数值的实时精确检测和识别。内置单片机待机状态不耗电，操作简便安全。
上述专利为了实现压电晶片对信号的发送和接收，采用一个压电晶片作为激励，另一个作为接收，整体结构较为复杂且系统搭建较为冗余，会产生大量线缆，这对检测以及线路排查都是较为不利的。并且还采用继电器作为开关，继电器是一种固有的噪声器件，它的开关闭合和触点弹跳会产生高振幅的杂散脉冲，这可能会损坏非常敏感的接收电子器件并产生不可靠的数据。
发明内容
为解决上述提到的压电晶片应用中不能自发自收且结构复杂的技术问题，本发明提供了一种无延时开关电路，包括压电晶片，所述压电晶片上设置有电路；所述电路包括用于接收激励信号的激励端以及采集传感器信号的接收端；所述激励端通过第一组背靠背二极管与第一桥路的输入端接点连接；与所述第一桥路输入端对称的另一输出端接点接地线，其余两对称端接点反向加载电压；所述接收端不仅与传感器电性连接，还通过第二组背靠背二极管与第一组背靠背二极管的输出端连接；所述第二组背靠背二极管的输出端与限流单元的输入端连接；所述限流单元的输出端与下级电路连接。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述第一桥路反向加载±15V电压。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述限流单元的输出端还连接有第三组背靠背二极管，所述第三组背靠背二极管的输出端连接地线。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述第一组背靠背二极管、第二组背靠背二极管、第三组背靠背二极管的型号为IN40004。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述限流单元为由四个二极管组成的第二桥路。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述第一桥路和/或第二桥路的其余两对称端各串联一个电阻。
在上述技术方案的基础上，进一步地，所述第二桥路的其余两对称端反向加载电压。
本发明还提供一种无延时开关，采用如上述的一种无延时开关电路。
本发明还提供一种超声波损伤诊断设备，采用如上述的一种无延时开关。
本发明又提供了一种超声波检测设备，采用如上述的一种无延时开关电路。
本发明提供的一种无延时开关电路，与现有技术相比，具有以下优点：将激励端和接收端设置于同一压电晶片上，可以实现压电晶片对信号的自发自收，减少了很多不必要的线路结构以及传感器的数量，简化了整体结构。并且该电路在实现压电晶片自发自收信号的同时，也可以减少压电晶片信号之间的相互干扰，大大优化了无延时开关的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种无延时开关电路的电路图；
图2为无延时开关外接电路前后所采集信号的信噪比变化；
图3为采用现有技术的无延时开关的超声波损伤诊断设备布置图；
图4为采用本发明提供的无延时开关的超声波损伤诊断设备布置图。
附图标记：
10第一组背靠背二极管 20第一桥路 30第二组背靠背二极管
40限流单元 50第三组背靠背二极管
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种无延时开关电路，包括压电晶片，所述压电晶片上设置有电路；所述电路包括用于接收激励信号的激励端以及采集传感器信号的接收端；所述激励端通过第一组背靠背二极管10与第一桥路20的输入端接点连接；与所述第一桥路20输入端对称的另一输出端接点接地线，其余两对称端接点反向加载电压；所述接收端不仅与传感器电性连接，还通过第二组背靠背二极管30与第一组背靠背二极管10的输出端连接；所述第二组背靠背二极管30的输出端与限流单元40的输入端连接；所述限流单元40的输出端与下级电路连接。
具体实施时，如图1所示，压电晶片上设有电路；所述电路包括用于接收激励信号的激励端以及采集传感器信号的接收端；所述激励端与接收端与上一级主机系统信号连接，通过上位机控制主机系统，进而控制激励端与接收端传递信号。所述激励端通过第一组背靠背二极管10与第一桥路20的输入端接点连接；所述背靠背二极管是指两个二极管反向并联，起到对信号进行限幅的作用，而采用第一组背靠背二极管10可以对激励信号产生的低电平噪声利用高阻抗进行隔离。所述第一桥路20的另一对称输出端点与地线连接，其余两端反向加载电压，通过反向加载电压可以令电桥反偏起到阻隔电流的作用，其中第一桥路20是由四个二极管两两同向串联之后再反向并联组成，如图1所示。所述接收端不仅与传感器电性连接，还通过第二组背靠背二极管30与第一组背靠背二极管10的输出端连接；所述第二组背靠背二极管30的输出端与限流单元40的输入端连接；所述限流单元40的输出端与下级电路连接；其中限流单元40起到限制传感器端电流的作用，使得仅有小部分的电流传递至下一级电路。
具体工作原理是激励信号由激励端通过第一组背靠背二极管10，再流向第一桥路20，由于第一桥路正向偏置，所以会将激励端的低电压噪声信号传递至地线。因此，通过该电路能够在信号接收期间隔离产生激励信号的设备，例如功率放大器等，使得信号之间不会产生互相干扰。当激励端产生一个大于一定值的信号时，第一桥路20反向偏置，信号将经由第二组背靠背二极管30传递至传感器端，由于传感器端连接限流单元40，因此仅有小部分电流传递至下一级电路。当激励端产生的信号小于一定值时，第一组背靠背二极管10与第二组背靠背二极管30均开路，使得从传感器端所接收回的信号可以通过接收端采集信号，并且电压信号也可以通过限流单元40传递至下一级电路。
本发明提供的一种无延时开关电路，将激励端和接收端设置于同一压电晶片上，可以实现压电晶片对信号的自发自收，减少了很多不必要的线路结构以及传感器的数量，简化了整体结构。并且该电路在实现压电晶片自发自收信号的同时，也可以减少压电晶片信号之间的相互干扰，大大优化了延时开关的性能。同时，该电路也适用与任何激励端与接收端结构相同的传感器连接中。
优选地，所述第一桥路20反向加载±15V电压。
优选地，所述限流单元40的输出端还连接有第三组背靠背二极管50，所述第三组背靠背二极管50的输出端连接地线。
具体实施时，所述限流单元40的输出端还连接有第三组背靠背二极管50，所述第三组背靠背二极管50的输出端连接地线。所述第三组背靠背二极管50用于限制下级电路的漏通信号，让其达到一个足够小的水平，从而使得该电路不足以受到下级电路的信号影响，两个电路之间能够独立工作互不干扰。
优选地，所述第一组背靠背二极管10、第二组背靠背二极管30、第三组背靠背二极管50的型号为IN40004。
具体实施时，所述第一组背靠背二极管10、第二组背靠背二极管30、第三组背靠背二极管50可选用整流二极管，但不限于此，其型号可为IN40004。
优选地，所述限流单元40为由四个二极管组成的第二桥路。
具体实施时，所述限流单元40为由四个二极管组成的第二桥路。四个二极管两两同向串联之后再反向并联。当二极管正向偏置时，电流导通。二极管反向偏置时，仅有小部分电流传递至下一级电路。
优选地，所述第一桥路20和/或第二桥路的其余两对称端各串联一个电阻。
具体实施时，所述第一桥路20和/或第二桥路的其余两对称端各串联一个电阻，所述电阻的阻值可以根据需求进行选择，例如可以选取非常低的阻值，以便传感器端传回的大部分信号可传递至下一级电路，也可以选取非常大的阻值，使得传感器的信号极少传递至下一极电路。
优选地，所述第二桥路的其余两对称端反向加载电压。
具体实施时，所述第二桥路的其余两对称端反向加载电压，可以使得桥路在收到大于一定值的信号时，能够反偏起到阻隔电流的作用。
本发明又提供一种无延时开关，采用如上所述的一种无延时开关电路。
具体实施时，如图2所示，将采用上述无延时开关电路的切换开关连接于实验体与信号发生之间，通过采用长度伸缩型压电晶片的实验来验证切换开关的可行性，如图2所示为外界电路前后所采集信号的信噪比变化。其中图2的左图为布置无延时开关前的信噪比变化，右图为布置无延时开关后的信噪比变化。由图可知，信噪比大小分布有较大的变化，高信噪比区域集中于高增益位置，与直接采集结果相近。并且，在采样区间范围内(即50-120kHz、35-45dB)，信噪比保持稳定，基本可达到50dB左右。上述结果证明该电路对信号采集影响较小，说明此电路在对原始信号改变较小情况下极大简化传感阵列布局，有助于改进和优化传感。另一方面，此开关也可适用于其他采用换能器结构的声学设备，从而满足高可靠性和低故障率的要求。
本发明又提供一种超声波损伤诊断设备，采用如上所述的一种无延时开关。
具体实施时，如图3-4所示，其中图3为不采用上述的无延时开关的设备，采用的是一个压电晶片作为激励，另一个作为接收，整体结构复杂。并且传感器的数量需要布置较多。而图4为采用上述的无延时开关的超声波损伤诊断设备，由图可以看出，采用上述的无延时开关，通过单个压电晶片的自发自收，能够有效地将传感器数量优化至原来的一半。
本发明还提供一种超声波检测设备，采用如上所述的一种无延时开关电路。
具体实施时，通过采用上述无延时开关电路的超声波检测设备，能够实现在不使用继电器的情况下自动实现将系统从激励模式切换为接收模式，并且还能减少压电晶片信号之间的相互干扰。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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