專利名稱：測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)深儀聲波發(fā)射裝置，尤其涉及測(cè)深儀專用的大功率聲波發(fā) 射裝置，屬于利用聲波進(jìn)行水下測(cè)量的聲納測(cè)量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水聲信號(hào)作為水下探測(cè)最有效的手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水下目標(biāo)探測(cè)的各種聲納 設(shè)備之中?；芈暅y(cè)深儀是應(yīng)用水聲信號(hào)進(jìn)行測(cè)距的常規(guī)水深測(cè)量設(shè)備，也是當(dāng)今應(yīng)用最普 遍的探測(cè)設(shè)備。它的工作原理是通過(guò)換能器發(fā)射一定頻率的聲波，利用聲波在水中傳播時(shí)， 遇到密度不同的介質(zhì)(如水底或其他物體)會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，根據(jù)聲波往返的時(shí)間及其在所 測(cè)區(qū)域水中的傳播速度，求得換能器至反射目標(biāo)的直線距離，即測(cè)得水深。對(duì)于相同測(cè)量環(huán)境，測(cè)深儀的聲波發(fā)射裝置發(fā)出的發(fā)射聲波幅度越大，發(fā)射波形 越完整則發(fā)射波能量越大，回波越強(qiáng)，測(cè)量效果越好。傳統(tǒng)的測(cè)深儀發(fā)射電路中為了實(shí)現(xiàn)較 高能量的發(fā)射波，一般采用一個(gè)低的直流電壓驅(qū)動(dòng)開關(guān)管形成發(fā)射波，然后采用升壓變壓 器提升發(fā)射波的電壓幅度達(dá)到提高發(fā)射功率的目的。但是其通常具有如下缺陷首先，由 于升壓變壓器中需要先后實(shí)現(xiàn)電-磁、磁-電轉(zhuǎn)換，信號(hào)的最大傳輸寬度受磁飽和特性的限 制，因而信號(hào)的頂部不易傳輸，發(fā)射波形容易失真；其次，信號(hào)的最小寬度受磁化電流所限； 再次，在采用頻率較低的發(fā)射聲波(例如10kHz)，為實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)射就必須選擇升壓變比較 大的變壓器，而為抑制磁飽和特性，變壓器必然體積大，笨重，并且加工復(fù)雜，即便這樣，發(fā) 射功率也只能達(dá)到2000W左右，仍然不夠理想；最后，傳統(tǒng)的測(cè)深儀的發(fā)射保護(hù)電路通過(guò)地 線側(cè)的采樣電阻采集功率主回路的電流數(shù)據(jù)，以模擬方式送到測(cè)深儀控制電路，當(dāng)電路出 現(xiàn)短路等異常情況時(shí)輸出控制信號(hào)，關(guān)閉全部發(fā)射以保護(hù)發(fā)射電路，由于考慮電路共地，采 樣電阻的存在有可能造成電路損壞，導(dǎo)致保護(hù)電路的反應(yīng)尚不夠迅速。因此，能否開發(fā)出一種新型的測(cè)深儀專用大功率聲波發(fā)射裝置，使其能夠克服上 述缺點(diǎn)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員函待解決的技術(shù)難題。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種測(cè)深儀專用大功率聲波發(fā)射裝 置，亦即一種無(wú)變壓器大功率發(fā)射電路，采用的技術(shù)方案如下該測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置包括發(fā)射脈沖分頻模塊、發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射 波功率主回路模塊以及換能器；其中，所述發(fā)射脈沖分頻模塊連接到發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊，所 述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊和換能器分別連接到所述發(fā)射波功率主回路模塊。優(yōu)選地，還包括保護(hù)模塊，其一端與所述發(fā)射波功率主回路模塊連接，另一端與所 述發(fā)射脈沖分頻模塊連接，其采集所述功率主回路模塊的信號(hào)，當(dāng)電路出現(xiàn)異常情況時(shí)輸 出控制信號(hào)，關(guān)閉全部發(fā)射以保護(hù)包括所述發(fā)射脈沖分頻模塊在內(nèi)的發(fā)射電路。優(yōu)選地，所述發(fā)射脈沖分頻模塊接收測(cè)深儀控制電路送來(lái)的發(fā)射脈沖信號(hào)，并將 其二分頻后分別形成的正半周、負(fù)半周發(fā)射波脈沖信號(hào)發(fā)送到所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊中。[0009]優(yōu)選地，所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊包括左發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊和右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模 塊，兩模塊的電路完全相同，用于驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射波功率主回路模塊的全橋電路的不同開關(guān)管。優(yōu)選地，所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊包括自舉電路，其由二極管正端連接電源、負(fù)端連 接到并聯(lián)電容的一端而形成，所述并聯(lián)電容中既包括等效串聯(lián)電阻阻值較低的電容，又包 括容量較大的電解電容。優(yōu)選地，所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊中包括驅(qū)動(dòng)芯片，以及用于保護(hù)所述驅(qū)動(dòng)芯片的 壓敏二極管和壓敏電阻，所述壓敏二極管與壓敏電阻并聯(lián)連接。優(yōu)選地，所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊中具有串聯(lián)電阻以及與其中一個(gè)電阻并聯(lián)的二極 管，用于共同控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。優(yōu)選地，所述發(fā)射波功率主回路模塊具有四個(gè)開關(guān)管形成的全橋電路，用于將高 壓直流電加載到所述換能器上，形成測(cè)深儀發(fā)射聲波。優(yōu)選地，所述發(fā)射波功率主回路模塊中具有儲(chǔ)能電容和保護(hù)采樣電阻，所述保護(hù) 采樣電阻連接到所述儲(chǔ)能電容的電源端。優(yōu)選地，所述發(fā)射波功率主回路模塊中具有開關(guān)管，以及由壓敏電阻、保護(hù)電阻、 保護(hù)電容形成的開關(guān)管保護(hù)電路，其中，所述壓敏電阻與所述開關(guān)管并聯(lián)，所述保護(hù)電阻和 保護(hù)電容串聯(lián)后的組合與所述開關(guān)管并聯(lián)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1.采用高壓直流電驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，開關(guān)管采用全橋模式。橋路兩側(cè)開關(guān)管分別導(dǎo)通 加載到換能器兩極，形成發(fā)射波的正負(fù)半周信號(hào)，即完整的測(cè)量發(fā)射聲波。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和 開關(guān)管的選擇，在已實(shí)現(xiàn)的發(fā)射電路中經(jīng)實(shí)際測(cè)量單向發(fā)射電壓為380V，在換能器負(fù)載為 15歐姆時(shí)，電路能長(zhǎng)期、穩(wěn)定工作，即發(fā)射功率可達(dá)9000W以上。并且由于發(fā)射電路為直接 加載到換能器兩端，電路中不存在電_磁、磁_(tái)電轉(zhuǎn)換，發(fā)射波形未失真，基本為驅(qū)動(dòng)波形；2.發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊中的電容C7、C8作為驅(qū)動(dòng)電路的儲(chǔ)能元件需要有一定的容 量要求，并且由于電路特性需要有良好的瞬態(tài)性能，要求較低的ESR值，在本設(shè)計(jì)中選用兩 只電容并聯(lián)C7選用低ESR的陶瓷電容，C8選用容量較大的電解電容，既降低了成本，縮小 了體積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了容量和低ESR的要求。3.發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊中的電阻R14、R15、R18、R19作為啟動(dòng)、關(guān)閉電阻參與了開關(guān) 管的啟動(dòng)和關(guān)閉。由于功率回路采用全橋模式，為了工作性能需要開關(guān)管以較慢速度打開， 以形成一個(gè)較緩的發(fā)射波上升沿；但是又為了電路安全性在下管打開前需要迅速關(guān)閉橋路 同一側(cè)的上管。啟動(dòng)關(guān)閉時(shí)間取決于電路的RC常數(shù)，C由開關(guān)管特性決定，采用一般的電 路形式無(wú)法解決上述問(wèn)題。本設(shè)計(jì)中采取了電阻與二極管的組合電路，在啟動(dòng)時(shí)V6、V8由 于啟動(dòng)電流方向原因處于截止?fàn)顟B(tài)，R14、R15、R18、R19作為啟動(dòng)電阻參與了開關(guān)管的啟動(dòng)， 啟動(dòng)電阻R較大，開關(guān)管以較慢速度開啟，電路中尖峰突變被抑制；在關(guān)閉開關(guān)管時(shí)，與啟 動(dòng)電流反向的關(guān)斷電流經(jīng)V6、V8短路了 R15、R18，關(guān)斷電阻較小，開關(guān)管迅速關(guān)閉，保護(hù)了 電路。本設(shè)計(jì)同時(shí)達(dá)到了延緩開啟和加速關(guān)斷的功能。4.本設(shè)計(jì)方案使用高壓直流電作為發(fā)射用電源，高壓電的引入要求增加對(duì)電路的 各項(xiàng)保護(hù)措施。在防止高壓損壞驅(qū)動(dòng)電路方面，由于在發(fā)射電路工作回路上管導(dǎo)通時(shí)GH端 的電壓為發(fā)射用的直流高電壓加開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓的總和；VsH端的電壓為發(fā)射用的直流高電壓，這些電壓通過(guò)啟動(dòng)電阻直接連接到驅(qū)動(dòng)芯片上。由于換能器為含有感抗、容抗的復(fù) 雜負(fù)載，并且當(dāng)采用大功率發(fā)射聲波時(shí)流過(guò)換能器的電流很大，當(dāng)發(fā)射波由正半周轉(zhuǎn)為負(fù) 半周時(shí)，由于換能器中電感、電容的作用，在電路中會(huì)出現(xiàn)為2倍于發(fā)射電壓的電壓尖峰， 很容易超過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片額定電壓，擊穿芯片。在驅(qū)動(dòng)電路中V7、R17為并聯(lián)的壓敏二極管和壓 敏電阻V7反應(yīng)較快但負(fù)載電流較小，為快速消減電壓尖峰(瞬態(tài))；R17反應(yīng)較慢但負(fù)載電 流大，可穩(wěn)態(tài)消減過(guò)高電壓；這些措施可以有效防止高壓損害驅(qū)動(dòng)芯片。開關(guān)管作為電路中 的功率元件，對(duì)其的保護(hù)也很重要。開關(guān)管直接工作于測(cè)深儀發(fā)射的高壓主功率回路中，由 于換能器中電感、電容的存在，當(dāng)發(fā)射波的方向改變瞬間，電路中會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓，可能會(huì) 超過(guò)開關(guān)管耐壓值擊穿開關(guān)管。本方案在每個(gè)開關(guān)管的兩端設(shè)計(jì)了一組由壓敏電阻、保護(hù) 電阻、保護(hù)電容組成的對(duì)保護(hù)電路。壓敏電阻起消減尖峰電壓功能，保護(hù)電阻、保護(hù)電容組 成的RC回路能有效吸收尖峰電壓。由于功率回路采取全橋模式，同一側(cè)橋臂的上、下兩只 開關(guān)管在任何時(shí)間均不可同時(shí)導(dǎo)通，否則將產(chǎn)生災(zāi)難性后果。雖然開關(guān)管的導(dǎo)通受驅(qū)動(dòng)電 路控制在邏輯上不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象，但是在功率回路通過(guò)電流較大時(shí)，由于導(dǎo)線間的電 流相互感應(yīng)，可能在開關(guān)管G端出現(xiàn)感應(yīng)電壓尖峰，從而出現(xiàn)誤導(dǎo)通。為了防止出現(xiàn)這種狀 況，本設(shè)計(jì)在開關(guān)管G端管腳上套上合適的磁環(huán)。由于感應(yīng)電壓尖峰為尖脈沖形式，啟動(dòng)脈 沖含有一定的寬度，由于磁環(huán)的電磁效應(yīng)，套上磁環(huán)后能有效抑制尖脈沖干擾，同時(shí)也不影 響正常工作。在電路連接方面，驅(qū)動(dòng)電路與開關(guān)管的電氣連接采用雙絞線方式，能有效抑制 開關(guān)管驅(qū)動(dòng)(G)端導(dǎo)線上的共模干擾。 5.在傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)中采樣電阻安裝于電源地端，控制電路通過(guò)分壓電路直接讀取 采樣電阻上的電壓模擬量，然后對(duì)該電壓進(jìn)行積分處理，當(dāng)積分后的電壓值達(dá)到警告值時(shí) 切斷電路。但是當(dāng)使用大功率發(fā)射時(shí)盡管采樣電阻值很小，流過(guò)該電阻的電流很大，將抬高 開關(guān)管(下管)E端的電壓。由于開關(guān)管(下管)的驅(qū)動(dòng)電壓以地為參考點(diǎn)，將造成開關(guān)管(下 管)導(dǎo)通不充分出現(xiàn)發(fā)熱，甚至有可能使開關(guān)管工作于放大狀態(tài)造成開關(guān)管燒毀。積分電路 的電容需要有一定的容量，以便能驅(qū)動(dòng)控制電路中的報(bào)警管腳。但是大電容的選擇將造成 控制電路對(duì)電路出現(xiàn)的異常情況反應(yīng)遲鈍，不能很好起到保護(hù)作用。本設(shè)計(jì)中保護(hù)采樣電 阻安裝于電源端，在大功率發(fā)射時(shí)開關(guān)管(下管)工作不受采樣電阻影響。保護(hù)電路的采樣 電路與檢測(cè)電路通過(guò)光耦隔離，保護(hù)電路的報(bào)警信號(hào)輸出為數(shù)字信號(hào)，方便控制電路迅速 處理電路出現(xiàn)的異常情況。

圖1 本實(shí)用新型的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2 圖1中的發(fā)射脈沖分頻模塊的電路圖；圖3 圖1中的發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊的電路圖；圖4 圖1中的發(fā)射波功率主回路模塊的電路圖；圖5 圖1中的保護(hù)模塊的電路圖。符號(hào)說(shuō)明1發(fā)射脈沖分頻模塊2發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2A左發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊[0031]2B右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊3發(fā)射波功率主回路模塊4保護(hù)模塊5換能器
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，該測(cè)深儀聲波發(fā)射裝置主要包括發(fā)射脈沖分頻模塊1、發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊2、發(fā)射波功率主回路模塊3以及換能器5 ；其中，發(fā)射脈沖分頻模塊1連接到發(fā)射回 路驅(qū)動(dòng)模塊2，發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2和換能器5分別連接到發(fā)射波功率主回路模塊3。發(fā)射脈沖分頻模塊1用于接收測(cè)深儀控制電路送來(lái)的發(fā)射脈沖信號(hào)，并將其二分 頻后分別形成的正半周和負(fù)半周發(fā)射波脈沖信號(hào)發(fā)送到發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2中。其詳細(xì)電路圖如圖2所示，發(fā)射脈沖分頻模塊1通過(guò)輸入端子X(jué)l的1腳接收來(lái)自 測(cè)深儀主控制電路(例如DSP電路)送來(lái)的發(fā)射脈沖CLK，經(jīng)第一高速光耦Vl隔離后送入分 頻芯片m ；通過(guò)輸入端子X(jué)l的2腳接收來(lái)自測(cè)深儀主控制電路送來(lái)的發(fā)射使能信號(hào)EN，經(jīng) 第二高速光耦V2隔離后送入分頻芯片Ni，分頻芯片m對(duì)送入的信號(hào)進(jìn)行二分頻處理，形 成發(fā)射波正半周信號(hào)HCLK、負(fù)半周信號(hào)LCLK ；正半周信號(hào)HCLK通過(guò)輸出端子X(jué)2的1腳輸 出，負(fù)半周信號(hào)LCLK通過(guò)輸出端子X(jué)2的2腳輸出，加載到后級(jí)的發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2。同時(shí)，在該測(cè)深儀聲波發(fā)射裝置具有保護(hù)模塊4時(shí)，發(fā)射脈沖分頻模塊1還通過(guò)輸 入端子接收保護(hù)模塊4送來(lái)的數(shù)字報(bào)警信號(hào)HERR (即高電平有效的ERR信號(hào))，在報(bào)警信號(hào) 的高電平時(shí)關(guān)斷分頻Ni，以停止輸出發(fā)射脈沖。發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2包括左發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2A和右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊2B，其是 兩套完全相同的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射波功率主回路模塊3的全橋電路的各個(gè)開關(guān)管。其詳細(xì)電路圖如圖3所示，左、右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊接收來(lái)自發(fā)射脈沖分頻模塊1 傳來(lái)的發(fā)射波正半周信號(hào)HCLK、負(fù)半周信號(hào)LCLK，再根據(jù)左、右回路的區(qū)別輸出發(fā)射波功 率主回路模塊3的開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中HCLK信號(hào)有效時(shí)，左回路上管GH信號(hào)、右回路 下管GL信號(hào)驅(qū)動(dòng)有效；LCLK信號(hào)有效時(shí)，左回路下管GL信號(hào)、右回路上管GH信號(hào)驅(qū)動(dòng)有 效。二極管V5的正端連接電源(+15V)，負(fù)端連接到并聯(lián)電容C7、C8的一端，從而形成 自舉電路。其工作過(guò)程為電源首先對(duì)通過(guò)二極管V5對(duì)電容C7和C8充電，當(dāng)圖3中的HCLK 信號(hào)有效時(shí)，電容C7、C8起到電壓源作用開啟驅(qū)動(dòng)芯片N2內(nèi)部電路，使得電源加到GH端， GH端輸出高電平以啟動(dòng)功率電路開關(guān)管；當(dāng)HCLK信號(hào)為低電平時(shí)，電源通過(guò)二極管V5對(duì) 電容C7、C8充電。為保證電路正常工作電容需要有一定的容量要求，并且為了開關(guān)管能迅速動(dòng)作， 需要盡量減小電容上的壓降就需要電容有較低的ESR值(等效串聯(lián)電阻阻值)；同時(shí)，電容 C7、C8作為驅(qū)動(dòng)芯片N2的儲(chǔ)能元件，需要有一定的容量要求，并且由于電路特性還需要有 良好的瞬態(tài)性能。為了滿足上述要求，電容C7優(yōu)選低ESR的陶瓷電容，C8優(yōu)選容量較大的 電解電容。電路中V7為壓敏二極管，與之并聯(lián)的R17為壓敏電阻，二者通過(guò)電阻R16連接到
6VsH端，對(duì)電路起保護(hù)作用；其工作原理為在發(fā)射電路工作回路上管導(dǎo)通時(shí)，GH端的電壓 為發(fā)射用的直流高電壓加開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓的總和，VsH端的電壓為發(fā)射用的直流高電壓， 這些電壓通過(guò)幾個(gè)小電阻直接連接到驅(qū)動(dòng)芯片N2上。由于與發(fā)射波功率主回路模塊3連 接的換能器5為含有感抗、容抗的復(fù)雜負(fù)載，并且當(dāng)采用大功率發(fā)射聲波時(shí)流過(guò)換能器5的 電流很大，當(dāng)發(fā)射波由正半周轉(zhuǎn)為負(fù)半周時(shí)，由于換能器5中電感、電容的作用，在電路中 會(huì)出現(xiàn)為2倍于發(fā)射電壓的電壓尖峰，很容易超過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片2的額定電壓，從而損傷乃至擊 穿驅(qū)動(dòng)芯片2。電路中V7、R17為并聯(lián)的壓敏二極管和壓敏電阻，V7反應(yīng)較快但負(fù)載電流較 小，為快速消減電壓尖峰(瞬態(tài))；R17反應(yīng)較慢但負(fù)載電流大，可穩(wěn)態(tài)消減過(guò)高電壓，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)電路的保護(hù)。由于功率回路采用全橋模式，為了工作性能需要開關(guān)管以較慢速度打開，以形成 一個(gè)較緩的發(fā)射波上升沿；但是為了電路安全性，在下管打開前又需要迅速關(guān)閉橋路同一 側(cè)的上管。串聯(lián)電阻R14、R15以及與電阻R15并聯(lián)的二極管V6用于共同控制開關(guān)管中的 上管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，串聯(lián)電阻R18、R19以及與電阻R19并聯(lián)的二極管V8用于共同用 于控制開關(guān)管中的下管的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，且阻值越大，作用時(shí)間越長(zhǎng)。其中，R14、R15 (R18、R19)作為啟動(dòng)電阻參與了開關(guān)管的啟動(dòng)；當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，與啟動(dòng)電流反向的關(guān)斷電 流經(jīng)二極管V6 (V8)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電阻R15 (R18)的短路，從而起到了加速關(guān)斷的功能。發(fā)射波功率主回路模塊3通過(guò)四個(gè)開關(guān)管形成的全橋電路將高壓直流電加載到 換能器4上，形成測(cè)深儀發(fā)射聲波。其詳細(xì)電路圖如圖3所示，高壓直流電源(30V-380V)通 過(guò)二極管V13以及并聯(lián)電阻R28、R29對(duì)發(fā)射儲(chǔ)能電容C11-C19充電；在一時(shí)刻，兩個(gè)發(fā)射 回路驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通開關(guān)管V14、V17，關(guān)閉開關(guān)管V15、V16形成回路，將高壓直流電加載 到換能器5上，形成發(fā)射波正半周；下一時(shí)刻，兩個(gè)發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通開關(guān)管V15、 V16,關(guān)閉開關(guān)管V14、V17形成回路，將高壓直流電加載到換能器5另一側(cè)，形成發(fā)射波負(fù)半 周。由于直接采用高壓直流電驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，開關(guān)管采用全橋模式，橋路兩側(cè)開關(guān)管分 別導(dǎo)通加載到換能器兩極，形成發(fā)射波的正負(fù)半周信號(hào)(即完整的測(cè)量發(fā)射聲波)，從而通 過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)管的選擇，在已實(shí)現(xiàn)的發(fā)射電路中經(jīng)實(shí)際測(cè)量單向發(fā)射電壓為380V，在 換能器負(fù)載為15歐姆時(shí)，電路能長(zhǎng)期、穩(wěn)定工作，即發(fā)射功率可達(dá)9000W以上。并且由于發(fā) 射電路為直接加載到換能器兩端，電路中不存在電-磁、磁-電轉(zhuǎn)換，發(fā)射波形未失真，基本 為驅(qū)動(dòng)波形。發(fā)射全橋電路通過(guò)保護(hù)采樣電阻R31連接到儲(chǔ)能電容C11-C19的電源端。保護(hù)采 樣電阻R31未采用傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)在電源地端。由于傳統(tǒng)電路中需要考慮電路的共地性，只 能將保護(hù)采樣電阻布局在電源地端；保護(hù)采樣電阻盡管很小，但是當(dāng)使用大功率發(fā)射時(shí)，流 過(guò)該電阻的電流很大，將抬高開關(guān)管(下管)E端的電壓，造成開關(guān)管(下管)導(dǎo)通不充分出現(xiàn) 發(fā)熱，甚至有可能使開關(guān)管工作于放大狀態(tài)造成開關(guān)管燒毀。本設(shè)計(jì)中由于不用考慮電路 共地，保護(hù)采樣電阻安裝于電源端，在大功率發(fā)射時(shí)開關(guān)管(下管)工作不受采樣電阻影響。二極管V18、V19、V20、V21為收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)，其具體連接關(guān)系如圖4所示。壓敏電阻R32、保護(hù)電阻R33、保護(hù)電容C21形成了對(duì)開關(guān)管V14的保護(hù)電路，其 中，壓敏電阻R32與開關(guān)管V14并聯(lián)，保護(hù)電阻R33和保護(hù)電容C21串聯(lián)后的組合與開關(guān)管 V14并聯(lián)；其工作原理為開關(guān)管V14直接工作于測(cè)深儀發(fā)射的高壓主功率回路中，由于換能器5中電感、電容的存在，當(dāng)發(fā)射波的方向改變瞬間，電路中會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓，可能會(huì)超 過(guò)開關(guān)管V14的耐壓值而損壞乃至擊穿開關(guān)管。壓敏電阻R32起消減尖峰電壓功能，保護(hù) 電阻R33、保護(hù)電容C21組成的RC回路能有效吸收尖峰電壓。同理，壓敏電阻R34、保護(hù)電阻R35、保護(hù)電容C22形成了對(duì)開關(guān)管V15的保護(hù)電 路；壓敏電阻R37、保護(hù)電阻R36、保護(hù)電容C23形成了對(duì)開關(guān)管V16的保護(hù)電路；壓敏電阻 R39、保護(hù)電阻R38、保護(hù)電容C24形成了對(duì)開關(guān)管V17的保護(hù)電路；各組的電路連接方式也 與V14的保護(hù)電路相類似。該測(cè)深儀聲波發(fā)射裝置還可以包括保護(hù)模塊4，其一端與發(fā)射波功率主回路模塊 3連接，另一端與發(fā)射脈沖分頻模塊1連接，用于采集功率主回路模塊3的信號(hào)，當(dāng)電路出現(xiàn) 短路等異常情況時(shí)輸出控制信號(hào)，關(guān)閉全部發(fā)射以保護(hù)包括發(fā)射脈沖分頻模塊1在內(nèi)的發(fā) 射電路。其詳細(xì)電路圖如圖4所示，保護(hù)模塊4通過(guò)發(fā)射波功率主回路模塊3中的采樣電 阻R31 (圖3中示出)檢測(cè)主回路的工作電流，由分壓電阻R40、R41分壓選擇需要報(bào)警的電 流參數(shù)。當(dāng)發(fā)射電路出現(xiàn)異常情況，導(dǎo)致采樣電阻輸出的電壓在光耦V22上的電壓分量達(dá) 到足以導(dǎo)通光耦V22，則光耦V22導(dǎo)通后經(jīng)運(yùn)放芯片N4輸出高電平有效的報(bào)警信號(hào)ERR，并 送到發(fā)射脈沖分頻模塊1以關(guān)閉測(cè)深儀的發(fā)射。上面以舉例方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說(shuō)明，但本實(shí)用新型不限于上述具體實(shí)施 例，凡基于本實(shí)用新型所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于包括發(fā)射脈沖分頻模塊(1)、發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊(2)、發(fā)射波功率主回路模塊(3)以及換能器(5)；其中，所述發(fā)射脈沖分頻模塊(1) 連接到發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊(2)，所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊(2)和換能器(5)分別連接到所述發(fā) 射波功率主回路模塊(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，還包括保護(hù)模塊 (4)，其一端與所述發(fā)射波功率主回路模塊(3)連接，另一端與所述發(fā)射脈沖分頻模塊(1) 連接，其采集所述功率主回路模塊(3)的信號(hào)，當(dāng)電路出現(xiàn)異常情況時(shí)輸出控制信號(hào)，關(guān)閉 全部發(fā)射以保護(hù)包括所述發(fā)射脈沖分頻模塊(1)在內(nèi)的發(fā)射電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射脈沖分 頻模塊(1)接收測(cè)深儀控制電路送來(lái)的發(fā)射脈沖信號(hào)，并將其二分頻后分別形成的正半周、 負(fù)半周發(fā)射波脈沖信號(hào)發(fā)送到所述發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊(2)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊(2)包括左發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊(2A)和右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊(2B)，兩模塊的電路完全 相同，用于驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射波功率主回路模塊(3)的全橋電路的不同開關(guān)管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊(2)包括自舉電路，其由二極管(V5)正端連接電源(+15V)、負(fù)端連接到并聯(lián)電容 (C7、C8)的一端而形成，所述并聯(lián)電容中既包括等效串聯(lián)電阻阻值較低的電容(C7)，又包括 容量較大的電解電容(C8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊(2)中包括驅(qū)動(dòng)芯片(N2)，以及用于保護(hù)所述驅(qū)動(dòng)芯片(N2)的壓敏二極管(V7)和壓 敏電阻(R17)，所述壓敏二極管(V7)與壓敏電阻(R17)并聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射回路驅(qū) 動(dòng)模塊(2)中具有串聯(lián)電阻(R14、R15)以及與其中一個(gè)電阻(R15)并聯(lián)的二極管(V6)，用 于共同控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射波功率 主回路模塊(3)具有四個(gè)開關(guān)管形成的全橋電路，用于將高壓直流電加載到所述換能器 (4)上，形成測(cè)深儀發(fā)射聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射波功 率主回路模塊(3)中具有儲(chǔ)能電容(C11-C19)和保護(hù)采樣電阻(R31)，所述保護(hù)采樣電阻 (R31)連接到所述儲(chǔ)能電容(C11-C19)的電源端。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)深儀大功率聲波發(fā)射裝置，其特征在于，所述發(fā)射波功率 主回路模塊(3)中具有開關(guān)管(V14-V17)，以及由壓敏電阻(R32)、保護(hù)電阻(R33)、保護(hù)電 容(C21)形成的開關(guān)管保護(hù)電路，其中，所述壓敏電阻(R32)與所述開關(guān)管(V14)并聯(lián)，所述 保護(hù)電阻(R33)和保護(hù)電容(C21)串聯(lián)后的組合與所述開關(guān)管(V14)并聯(lián)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測(cè)深儀聲波發(fā)射裝置，屬于利用聲波進(jìn)行水下測(cè)量的聲納測(cè)量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)深儀專用的大功率聲波發(fā)射裝置，主要包括發(fā)射脈沖分頻模塊、發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊、發(fā)射波功率主回路模塊、保護(hù)模塊以及換能器；其中，發(fā)射脈沖分頻模塊接收測(cè)深儀控制電路送來(lái)的發(fā)射脈沖信號(hào)，并將其二分頻后分別形成的發(fā)射波正半周和負(fù)半周發(fā)射脈沖信號(hào)送到左、右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊；左、右發(fā)射回路驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)發(fā)射波功率主回路模塊的全橋電路的各個(gè)開關(guān)管；發(fā)射波功率主回路模塊通過(guò)四個(gè)開關(guān)管形成的全橋電路將高壓直流電加載到換能器上，形成測(cè)深儀發(fā)射聲波；保護(hù)模塊采集功率主回路模塊的信號(hào)，當(dāng)電路出現(xiàn)短路等異常情況時(shí)輸出控制信號(hào)，關(guān)閉全部發(fā)射以保護(hù)發(fā)射電路。通過(guò)這種無(wú)變壓器大功率發(fā)射電路，可以大大提高測(cè)深儀聲波發(fā)射的質(zhì)量，具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01S15/08GK201788278SQ20102052424
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者陳鈞 申請(qǐng)人:無(wú)錫市海鷹加科海洋技術(shù)有限責(zé)任公司