[发明专利]一种用于提高超声导波信号能量的功率放大器

说明书

本发明涉及一种用于提高超声导波信号能量的功率放大器，属于无损检测领域。SMA输入接口接收到的信号依次传递给巴伦1、初级功放模块和巴伦2；巴伦2同时传输给直流偏置电路1和直流偏置电路2；再分别经过功率管1和功率管2放大后传输给巴伦3和低通滤波电路模块；最后经由SMA输出接口输出；该功率放大器工作频率覆盖超声导波检测信号的最优频段，覆盖带宽宽，功率增益大，效率高，经过该功率放大器之后的超声导波信号可以满足激励信号检测要求，可以对更长的锚杆试件进行无损检测。

技术领域

本发明涉及一种用于提高超声导波信号能量的功率放大器，属于无损检测领域。

背景技术

在交通运输、隧道施工等关键领域，锚杆锚固技术已广泛应用在各类岩土工程中，且已成为各种矿山、公路、铁路以及地下工程隧道等边坡护理的重要手段，在工程应用上，锚杆的锚固质量的好坏直接关系到项目的实施进程，因此对锚杆锚固质量进行检测显得尤为重要。

在选用超声导波无损检测技术对锚杆锚固质量进行检测的过程中，当待测锚杆试件长度过长时，由于超声导波激励信号相对微弱，且导波在锚杆内部传播时存在衰减，造成部分反射回波信号无法完整呈现锚杆内部结构信息，不能对锚杆质量进行合理评估。因此需要对激励信号进行功率放大，增大信号能量，使放大后的信号满足超声导波检测要求，并在待测试件中传播更远的距离，从而更加充分的反应待测试件内部结构信息。

发明内容

本发明的目的是解决对锚杆锚固质量进行无损检测过程中，激励信号功率不足导致的超声导波在锚杆中传输距离太短的问题，提出一种用于提高超声导波信号能量的功率放大器。该功率放大器工作频率覆盖超声导波检测信号的最优频段，覆盖带宽宽，功率增益大，效率高，经过该功率放大器之后的超声导波信号可以满足激励信号检测要求，可以对更长的锚杆试件进行无损检测。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种用于提高超声导波信号能量的功率放大器，包括电源模块、SMA输入接口、巴伦1、初级功放模块、巴伦2、次级功放模块、巴伦3、低通滤波电路模块和SMA输出接口。

上述次级功放模块由直流偏置电路1、功率管1、直流偏置电路2和功率管2组成；

SMA输入接口接收到的信号依次传递给巴伦1、初级功放模块和巴伦2；巴伦2同时传输给直流偏置电路1和直流偏置电路2；再分别经过功率管1和功率管2放大后传输给巴伦3和低通滤波电路模块；最后经由SMA输出接口输出；

其中，电源模块为整个电路结构中的各电子元器件供电，根据不同元器件的供电需求不同，主要提供12V、5V和3.3V三种电压。

SMA输入接口作为激励信号的连接端，用来将前级发射出来的微弱激励信号传递到后续的电路结构中去，起到接收输入信号的作用。

巴伦1是一个4:1的输入变压器，采用线圈耦合的方式制作，用来调节信号的输入阻抗。

初级功率放大电路以2SC1971高频放大管为核心，通过12V的电源为该高频放大管提供直流偏置电压，2SC1971高频放大管工作在A类放大状态，整个初级功率放大电路起到一个前置放大的作用，用来推动后续电路正常工作，减少非线性失真。

巴伦2是一个9:1的变压器，采用线圈耦合的方式制作，相当于一个不平衡—平衡转换器，用于将单端不平衡信号转换成功率相等、相位相反的平衡信号。

次级功放模块以两个N沟道的MOSFET场效应管IRF530为核心，构成互补对称式AB类功率放大电路结构，通过前面的不平衡—平衡转换器，单端信号被分成两路对称式的双端信号，这两路信号分别经由电容、电阻以及高频扼流线圈组成的电路结构之后，通过工作在AB类偏置状态的两个场效应管IRF530进行次级功率放大，能够同时满足转换效率高和非线性失真小的要求。