一种声阻抗数字调节系统
本发明涉及超声换能器和声学检测，尤其涉及一种声阻抗数字调节系统。
背景技术：
1、在超声检测和结构振动方面，材料的声学阻抗直接影响声波的透射特性，压电材料的声学阻抗可以通过外接的分流电路进行调节，实现对声波透射能量的控制。
2、目前，针对压电分流电路的设计主要以手动调节为主的临时实验电路方式，电路设计相对简单，调节方式单一，集成化度不高，导致了分流电路在工作过程中稳定性和可靠性较差。随着可调压电片数量的增加，外接的分流电路的数量不断增加，整个分流电路规模增加，手动调节方式对多个分流电路的调节难度增加。另外，手动调节的分流电路不能满足实际应用中实时调节的需求，也缺乏数字自主调节能力。因此，现在亟需一种能进行数字调节的声阻抗调节系统。
技术实现思路
1、为了解决上述的问题，本申请的实施例中提供了一种声阻抗数字调节系统，该系统可以对压电堆叠层中各个压电陶瓷片的声阻抗进行实时的数字化调节，控制其中传输声波的能量幅值。
2、为此，本申请的实施例中采用如下技术方案：
3、本申请实施例提供了一种声阻抗数字调节系统，该声阻抗数字调节系统包括：压电堆叠层、数字调节电路板、单片机控制模块。压电堆叠层，由至少两片压电陶瓷片堆叠而成；其中，每片压电陶瓷片两端电极从侧边引出，并在两端电极焊接导线；数字调节电路板，包括至少两组分流电容电路；其中，每组分流电容电路通过导线分别与所述压电堆叠层中的一片压电陶瓷片两端电极独立连接；所述数字调节电路板通过分流电容电路对压电陶瓷片的等效声阻抗进行调节；控制模块，与数字调节电路板连接，用于控制数字调节电路板。
4、在一种实施方式中，压电堆叠层中相邻两片压电陶瓷片通过环氧树脂胶粘接，各个压电陶瓷片之间相互绝缘。
5、在一种实施方式中，分流电容电路由一个正电容调节电路和一个负电容调节电路并联连接构成。
6、在一种实施方式中，负电容调节电路由一个串联负电容电路和一个并联负电容电路构成，并通过双刀双掷开关进行两种负电容电路之间的切换。
7、在一种实施方式中，负电容调节电路包括：第一运算放大器、第一电容、第一电阻、第一可调电阻、泄放电阻、双刀双掷开关、第一电压源、第二电压源；其中，泄放电阻与第一电容并联，并与第一运算放大器的输出端和双刀双掷开关的一个公共端并联；第一电阻与第一运算放大器的输出端和双刀双掷开关的另一公共端并联；第一可调电阻一端连接双刀双掷开关的另一公共端，另一端接地；第一电压源高电压端连接第一运算放大器的正供电端，另一端接地；第二电压源低电压端连接第一运算放大器的负供电端，另一端接地；当与双刀双掷开关的一个公共端相连的掷端与第一运算放大器的正向输入端连接，与双刀双掷开关的另一公共端相连的掷端与第一运算放大器的反向输入端连接时，其负电容调节电路构成并联负电容电路；当与双刀双掷开关的一个公共端相连的掷端与第一运算放大器的反向输入端连接，与双刀双掷开关的另一公共端相连的掷端与第一运算放大器的正向输入端连接时，其负电容调节电路构成串联负电容电路。
8、在一种实施方式中，正电容调节电路包括：第二运算放大器、第三运算放大器、第二电阻、第二电容、第二可调电阻、第三电压源、第四电压源；其中，第二电阻并联在第三运算放大器的反向输入端和其输出端；第二可调电阻一端连接在第二运算放大器的输出端，另一端连接在第三运算放大器的反向输入端；第二电容一端连接第二运算放大器的正向输入端，另一端连接在第三运算放大器的输出端；第二运算放大器的反向输入端与输出端短接；第三运算放大器的正向输入端接地；第三电压源高电压端与第二运算放大器、第三运算放大器的正供电端连接，另一端接地；第四电压源低电压端与第二运算放大器、第三运算放大器的负供电端连接，另一端接地。
9、在一种实施方式中，当所述负电容调节电路构成并联负电容电路时，所述并联负电容电路的第一运算放大器的正向输入端与正电容调节电路的第二运算放大器的正向输入端连接；当所述负电容调节电路构成串联负电容电路时，所述串联负电容电路的第一运算放大器的反向输入端与正电容调节电路的第二运算放大器的正向输入端连接。
10、在一种实施方式中，数字调节电路板还包括：至少两个数字电位器，每个数字电位器与两组分流电容电路连接，所述数字电位器用来代替分流电容电路中的第一可调电阻和第二可调电阻，通过调节自身电阻来调节分流电容电路的等效电容。
11、在一种实施方式中，数字电位器还与控制模块连接，所述数字电位器的调节过程由控制模块进行控制。
12、在一种实施方式中，数字电位器通过设置不同的抽头数来调节自身电阻，从而实现对分流电容电路等效电容的调节。
13、本发明提供一种声阻抗数字调节系统，利用外接分流电路对压电堆叠层中的压电陶瓷片的等效阻抗进行调节，通过引入不同的分流电路获得正负等效电容值，并且正负分流电路之间不需要开关来进行切换，实现等效电容负值到正值的平滑过渡，扩展压电陶瓷片阻抗调节范围，并在分流电路中引入数字电位器来替代可变电阻，其阻值由控制模块通过通信协议直接设置，以实现分流电路的等效电容的数字调节方式，另外，调节过程中优化电路设计以提高分流电路等效电容的调节精度。
技术特征：
1.一种声阻抗数字调节系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述压电堆叠层中相邻两片压电陶瓷片通过环氧树脂胶粘接，各个压电陶瓷片之间相互绝缘。
3.根据权利要求1所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述分流电容电路由一个正电容调节电路和一个负电容调节电路并联连接构成。
4.根据权利要求3所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述负电容调节电路由一个串联负电容电路和一个并联负电容电路构成，并通过双刀双掷开关进行两种负电容电路之间的切换。
5.根据权利要求4所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述负电容调节电路包括：第一运算放大器、第一电容、第一电阻、第一可调电阻、泄放电阻、双刀双掷开关、第一电压源、第二电压源；
6.根据权利要求4所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述正电容调节电路包括：第二运算放大器、第三运算放大器、第二电阻、第二电容、第二可调电阻、第三电压源、第四电压源；
7.根据权利要求5和6所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，
8.根据权利要求5和6所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述数字调节电路板还包括：至少两个数字电位器，每个数字电位器与两组分流电容电路连接，所述数字电位器用来代替分流电容电路中的第一可调电阻和第二可调电阻，通过调节自身电阻来调节分流电容电路的等效电容。
9.根据权利要求8所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，所述数字电位器还与控制模块连接，所述数字电位器的调节过程由控制模块进行控制。
10.根据权利要求8所述的声阻抗数字调节系统，其特征在于，数字电位器通过设置不同的抽头数来调节自身电阻，从而实现对分流电容电路等效电容的调节。
技术总结
一种声阻抗数字调节系统，包括：压电堆叠层、数字调节电路板、控制模块。压电堆叠层，由至少两片压电陶瓷片堆叠而成；其中，每片压电陶瓷片两端电极从侧边引出，并在两端电极焊接导线；数字调节电路板，包括至少两组分流电容电路；其中，每组分流电容电路通过导线分别与所述压电堆叠层中的一片压电陶瓷片两端电极独立连接；所述数字调节电路板通过分流电容电路对压电陶瓷片的等效声阻抗进行调节；控制模块，与数字调节电路板连接，用于控制数字调节电路板。本申请的声阻抗调节系统，通过优化电路设计以提高分流电路等效电容的调节精度。
技术研发人员：杨玉真,贾晗,洪广富,杨军
受保护的技术使用者：中国科学院声学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5