專利名稱：一種受控式多通道超聲波探傷裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)超聲波探傷領(lǐng)域，特別涉及一種受控式多通道超聲波探傷裝置。
背景技術(shù)：
多通道超聲波探傷儀廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化超聲波探傷中。多通道儀器有一種用法是在一個(gè)探傷周期中，不是所有通道都工作一次，而是通過(guò)傳感器信號(hào)決定特定的通道工作，不同探傷周期可以由不同探頭工作。例如，在車輪在線多通道探傷中，鋼軌兩側(cè)安裝有數(shù)百個(gè)探頭，只有車輪通過(guò)位置的探頭工作，當(dāng)車輪通過(guò)探傷區(qū)后，所有探頭都完成了探傷工作。以車輪在線多通道探傷為例，對(duì)于這種用法的傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置包含車輪位置傳感模塊、前置多通道發(fā)射接收模塊和探傷儀主機(jī)，前置多通道發(fā)射接收模塊和車輪位置傳感模塊安裝在鋼軌和探頭附近，通過(guò)信號(hào)線與探傷儀主機(jī)連接。工作過(guò)程是當(dāng)車輪通過(guò)某個(gè)探頭時(shí)，被對(duì)應(yīng)該探頭的傳感器探測(cè)，并把探測(cè)信號(hào)傳輸?shù)教絺麅x主機(jī)，再由主機(jī)控制多通道發(fā)射接收模塊選擇對(duì)應(yīng)通道工作，完成探傷工作。在這種裝置中，探傷儀發(fā) 射接收電路模塊和傳感器探測(cè)電路模塊是獨(dú)立與探傷儀主機(jī)連接的。從工作時(shí)間上來(lái)看，首先是傳感器信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)，再由主機(jī)把工作通道信號(hào)傳回到前端的多通道發(fā)射接收模塊。并且這兩種信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)，通常采用的數(shù)字信號(hào)輸入輸出模塊的傳輸時(shí)間都在10us/bit以上。這種傳統(tǒng)裝置在使用中存在兩個(gè)問(wèn)題(1)需要兩組數(shù)字信號(hào)傳輸線，增加了裝置的復(fù)雜性，降低了裝置的可靠性。(2)數(shù)字信號(hào)的往復(fù)傳輸占用了大部分探傷時(shí)間，降低了探傷速度，相應(yīng)地也限制了探傷中列車的行駛速度。本發(fā)明采用的是一種受控式多通道超聲波探傷裝置，把傳感器探測(cè)電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來(lái)，由傳感器探測(cè)信號(hào)直接控制多通道發(fā)射接收，可以有效地解決上述兩個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，把傳感器探測(cè)電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來(lái)，根據(jù)傳感器探測(cè)到的狀態(tài)直接控制對(duì)應(yīng)探頭工作，然后把工作探頭的序號(hào)加載到探頭接收的超聲波模擬信號(hào)上，通過(guò)模擬信號(hào)線傳輸?shù)教絺麅x主機(jī)，解決傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置需要數(shù)字信號(hào)輸入輸出線路、探傷速度低等問(wèn)題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，如圖I所示一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個(gè)探頭I和對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)傳感器2連接前端電路14，通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線8連接后端電路15。所述的探頭I、傳感器2與前端電路14連接，前端電路14包括與探頭I連接的發(fā)射接收電路3、與傳感器2連接的傳感器探測(cè)電路4，發(fā)射接收電路3和傳感器電路4與前置FPGA電路5連接，發(fā)射接收電路3接收的超聲信號(hào)輸出與超聲信號(hào)放大電路6連接，超聲信號(hào)放大電路6和探頭序號(hào)編碼電路7連接。所述的后端電路15中的可控增益放大電路9通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線8與前端電路14中的探頭序號(hào)編碼電路7連接，可控增益放大電路9與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11、主控FPGA電路10之間連接，主控FPGA電路10與探傷儀CPU及總線接口電路12連接。前端電路14中把傳感器探測(cè)電路4輸出信號(hào)直接輸入到前置FPGA電路5，再由前置FPGA電路5確定對(duì)應(yīng)探頭I的相應(yīng)發(fā)射接收電路3工作，同時(shí)由前置FPGA電路5控制探頭序號(hào)編碼電路7產(chǎn)生編碼方波與超聲信號(hào)放大電路6的輸出信號(hào)合成，通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線8輸入到后端電路15的可控增益放大電路9中，合成信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11生成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)探傷儀CPU及總線接口電路12的控制程序的探頭序號(hào)解碼算法13得到探頭的序號(hào)和對(duì)應(yīng)探頭的超聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。一種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號(hào)采集的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期，把一個(gè)周期的時(shí)間分為掃描控制時(shí)段和接收傳輸時(shí)段，包含以下步驟I)在掃描控制時(shí)段,前置FPGA電路5通過(guò)掃描各個(gè)傳感器探測(cè)電路4的輸出信號(hào)決定哪一路發(fā)射接收電路3工作，由對(duì)應(yīng)探頭I發(fā)射超聲波，完成掃描控制時(shí)段工作；
2)在接收傳輸時(shí)段，從工件內(nèi)部返回的超聲信號(hào)由發(fā)射接收電路3接收，通過(guò)超聲信號(hào)放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號(hào)編碼電路7輸出信號(hào)合成，加載到模擬信號(hào)傳輸線8上，再通過(guò)可控增益放大電路9接收超聲信號(hào)，放大后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11把探頭序號(hào)編碼信號(hào)和超聲信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)主控FPGA電路10傳輸?shù)教絺麅xCPU及總線接口電路12中，完成接收傳輸時(shí)段。所述的完成超聲信號(hào)接收傳輸時(shí)段后，對(duì)數(shù)字化的超聲信號(hào)和探頭序號(hào)編碼信號(hào)通過(guò)算法13進(jìn)行解碼，把數(shù)字化超聲信號(hào)與探頭一一對(duì)應(yīng)。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動(dòng)受控模式下，只有在傳感器2探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個(gè)探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態(tài)下。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動(dòng)受控模式下，是從時(shí)序上來(lái)講儀器在被動(dòng)受控狀態(tài)下工作，進(jìn)一步包括以下步驟A),儀器開(kāi)始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號(hào)階段18 ;當(dāng)探測(cè)到某一傳感器2工作信號(hào)后，選擇對(duì)應(yīng)探頭I的發(fā)射接收電路3，然后產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)19和探頭序號(hào)編碼信號(hào)20，并在一個(gè)固定時(shí)間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號(hào)21，使發(fā)射電路3產(chǎn)生超聲波22 ；B)，后端電路15接收到加載探頭序號(hào)編碼的超聲信號(hào)后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11進(jìn)行數(shù)字化，再利用探頭序號(hào)解碼算法13得到探頭序號(hào)和超聲信號(hào)；C)，然后前置FPGA電路5又進(jìn)入掃描傳感器信號(hào)階段18，等待下一個(gè)工作周期。本發(fā)明受控式多通道超聲波探傷裝置不需要使用傳感器信號(hào)到探傷儀主機(jī)和探傷儀主機(jī)到超聲波發(fā)射接收電路之間的數(shù)字信號(hào)傳輸線路，簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。


圖I是本發(fā)明受控式多通道超聲波探傷裝置前后端電路工作原理框圖。圖2是本發(fā)明中的傳輸信號(hào)時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書(shū)中提出。參見(jiàn)附圖1，通常情況下，由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷裝置由探頭I、傳感器2、發(fā)射接收電路3、傳感器探測(cè)電路4、前置FPGA電路5、超聲信號(hào)放大電路6、可控增益放大電路9、主控FPGA電路10、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11和探傷儀CPU及總線接口電路12組成。在工業(yè)自動(dòng)超聲探傷中，通常把發(fā)射接收電路3、前置FPGA電路5、超聲信號(hào)放大電路6設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊，把傳感器探測(cè)電路4設(shè)計(jì)成另一個(gè)模塊，兩個(gè)模塊都安裝在與探頭I、傳感器2和工件相鄰的如端電路14,其余部分設(shè)計(jì)在后端電路15的探傷僅王機(jī)中。如后端電路部分除了使用模擬信號(hào)傳輸線8傳輸超聲信號(hào)外，還需要若干條數(shù)字信號(hào)傳輸線傳輸從傳感器探測(cè)電路到探傷儀主機(jī)和從探傷儀主機(jī)到超聲波發(fā)射接收電路的控制信號(hào)。本發(fā)明在前端電路14中把傳感器探測(cè)電路4和前置FPGA電路5與超聲波發(fā)射接 收電路3結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)成一個(gè)模塊，增加了探頭序號(hào)編碼電路7，在前置FPGA電路5控制下產(chǎn)生的探頭序號(hào)編碼方波信號(hào)加載到傳輸超聲信號(hào)的模擬信號(hào)傳輸線8上，在后端電路15中把模擬信號(hào)數(shù)字化后，利用探頭序號(hào)解碼算法13，把接收到的超聲信號(hào)與探頭一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號(hào)采集的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期。把一個(gè)周期的時(shí)間分為掃描控制時(shí)段和接收傳輸時(shí)段。在掃描控制時(shí)段，前置FPGA電路5通過(guò)掃描各個(gè)傳感器探測(cè)電路4的輸出信號(hào)決定哪一路發(fā)射接收電路3工作，由對(duì)應(yīng)探頭I發(fā)射超聲波，完成掃描控制時(shí)段工作。在接收傳輸時(shí)段，從工件內(nèi)部返回的超聲信號(hào)由發(fā)射接收電路3接收，通過(guò)超聲信號(hào)放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號(hào)編碼電路7輸出信號(hào)合成，加載到模擬信號(hào)傳輸線8上，再通過(guò)可控增益放大電路9接收超聲信號(hào)，放大后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11把超聲信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)主控FPGA電路10傳輸?shù)教絺麅xCPU12中，完成接收傳輸時(shí)段。參見(jiàn)附圖I和2，其中，圖2的說(shuō)明16掃描控制時(shí)段，17接收傳輸時(shí)段，18掃描傳感器信號(hào)，19標(biāo)志信號(hào)，20探頭序號(hào)編碼信號(hào)，21超聲波觸發(fā)信號(hào)，22超聲波信號(hào)。探傷儀中各部分工作的流程是儀器開(kāi)始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號(hào)階段18 ;當(dāng)探測(cè)到某一傳感器2工作信號(hào)后，選擇對(duì)應(yīng)探頭I的發(fā)射接收電路3,然后產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)19和探頭序號(hào)編碼信號(hào)20,并在一個(gè)固定時(shí)間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號(hào)21，使發(fā)射電路3產(chǎn)生超聲波22 ;后端電路15接收到加載探頭序號(hào)編碼的超聲信號(hào)后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11進(jìn)行數(shù)字化，再利用探頭序號(hào)解碼算法13得到探頭序號(hào)和超聲信號(hào)。然后前置FPGA電路5又進(jìn)入掃描傳感器信號(hào)階段18，等待下一個(gè)工作周期。從時(shí)序上來(lái)講，儀器工作在被動(dòng)受控狀態(tài)工作狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果在于多通道超聲波探傷儀把傳感器探測(cè)電路與超聲波前端發(fā)射接收電路結(jié)合起來(lái)，不需要使用數(shù)字信號(hào)傳輸控制信號(hào)，簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。
以上參照附圖對(duì)本申請(qǐng)的示例性的實(shí)施方案進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實(shí)施方案僅僅是為了說(shuō)明的目的而所舉的示例，而不是用來(lái)進(jìn)行限制，凡在本申請(qǐng)的 教導(dǎo)和權(quán)利要求保護(hù)范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，由至少ー個(gè)探頭(I)和對(duì)應(yīng)的至少ー個(gè)傳感器(2 )連接前端電路(14 )，通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線(8 )連接后端電路(15 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在干，所述的探頭(I )、傳感器(2)與前端電路(14)連接，前端電路(14)包括與探頭(I)連接的發(fā)射接收電路(3 )、與傳感器(2 )連接的傳感器探測(cè)電路(4 )，發(fā)射接收電路(3 )和傳感器電路(4 )與前置FPGA電路(5)連接，發(fā)射接收電路(3)接收的超聲信號(hào)輸出與超聲信號(hào)放大電路(6)連接，超聲信號(hào)放大電路(6)和探頭序號(hào)編碼電路(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，所述的前端電路(14)中的探頭序號(hào)編碼電路(7)與后端電路(15)中的可控增益放大電路(9)通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線(8 )連接，可控增益放大電路(9 )與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)、主控FPGA電路(10 )之間連接，主控FPGA電路(10)與探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，前端電路(14)中把傳感器探測(cè)電路(4)輸出信號(hào)直接輸入到前置FPGA電路(5)，再由前置FPGA電路(5)確定對(duì)應(yīng)探頭(I)的相應(yīng)發(fā)射接收電路(3)工作，同時(shí)由前置FPGA電路(5)控制探頭序號(hào)編碼電路(7)產(chǎn)生編碼方波與超聲信號(hào)放大電路(6)的輸出信號(hào)合成,通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線(8)輸入到后端電路(15)的可控增益放大電路(9)中，合成信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)生成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)的控制程序的探頭序號(hào)解碼算法得到探頭的序號(hào)和對(duì)應(yīng)探頭的超聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。
5.基于權(quán)利要求I所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號(hào)采集的時(shí)間稱為ー個(gè)工作周期，把ー個(gè)周期的時(shí)間分為掃描控制時(shí)段和接收傳輸時(shí)段，其特征在于，包含以下步驟 1)、在掃描控制時(shí)段，前置FPGA電路(5)通過(guò)掃描各個(gè)傳感器探測(cè)電路(4)的輸出信號(hào)決定由其中一路發(fā)射接收電路(3)工作，并由對(duì)應(yīng)探頭(I)發(fā)射超聲波，完成掃描控制時(shí)段工作； 2)、在接收傳輸時(shí)段，從エ件內(nèi)部返回的超聲信號(hào)由發(fā)射接收電路(3)接收，通過(guò)超聲信號(hào)放大電路(6)放大后，與由前置FPGA電路(5)控制生成的探頭序號(hào)編碼電路(7)輸出信號(hào)合成，加載到模擬信號(hào)傳輸線(8)上，再通過(guò)可控増益放大電路(9)接收超聲信號(hào)，放大后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)把探頭序號(hào)編碼信號(hào)和超聲信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)主控FPGA電路(10)傳輸?shù)教絺麅xCPU及總線接ロ電路(12)中，完成接收傳輸時(shí)段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的完成超聲信號(hào)接收傳輸時(shí)段后，對(duì)數(shù)字化的超聲信號(hào)和探頭序號(hào)編碼信號(hào)通過(guò)算法進(jìn)行解碼，把數(shù)字化超聲信號(hào)與探頭一一對(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動(dòng)受控模式下，只有在傳感器(2)探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個(gè)探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態(tài)下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在干，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動(dòng)受控模式下，是從時(shí)序上來(lái)講裝置在被動(dòng)受控狀態(tài)下工作，進(jìn)ー步包括以下步驟:A)，裝置開(kāi)始工作后，前端電路(14)中前置FPGA電路(5)工作在掃描傳感器信號(hào)階段(18);當(dāng)探測(cè)到某一傳感器(2)工作信號(hào)后，選擇對(duì)應(yīng)探頭(I)的發(fā)射接收電路(3 )，然后產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志信號(hào)(19 )和探頭序號(hào)編碼信號(hào)(20 )，并在一個(gè)固定時(shí)間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號(hào)(21)，使發(fā)射電路(3)產(chǎn)生超聲波(22)； B)，后端電路(15)接收到加載探頭序號(hào)編碼的超聲信號(hào)后，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)進(jìn)行數(shù)字化，再利用探頭序號(hào)解碼算法(13)得到探頭序號(hào)和超聲信號(hào)； C)，然后前置FPGA電路(5)又進(jìn)入掃描傳感器信號(hào)階段(18)，等待下一個(gè)工作周期。
全文摘要
本發(fā)明把傳感器探測(cè)電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來(lái)，根據(jù)傳感器探測(cè)到的狀態(tài)直接控制對(duì)應(yīng)探頭工作，然后把工作探頭的序號(hào)加載到探頭接收的超聲波模擬信號(hào)上，通過(guò)模擬信號(hào)線傳輸?shù)教絺麅x主機(jī)，提供一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個(gè)探頭(1)和對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)傳感器(2)連接前端電路(14)，通過(guò)模擬信號(hào)傳輸線(8)連接后端電路(15)。不需要使用數(shù)字信號(hào)線傳輸多通道探傷控制信號(hào)，簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。解決傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置需要數(shù)字信號(hào)輸入輸出線路、探傷速度低等問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102854249SQ20121036770
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者滕永平, 吳迪, 張樂(lè) 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué), 北京波易達(dá)成像技術(shù)有限公司