換器AD9708。顯示屏采用320*480TFT顯示器進(jìn)行顯示。電源管理模塊作為整個系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，采用1000mAh移動電源為整個檢測儀供電，采用移動電源5V/2A輸入。報警器采用蜂鳴報警裝置。
[0022]Flash儲存器采用TF卡來儲存，儲存容量高達(dá)4GB。檢測儀儲存整個波形的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可由電腦端Matlab程序讀取顯示在電腦端進(jìn)行科研研究。
[0023]探頭采用單晶換能器BSN1540探頭。
[0024]本發(fā)明動車組裂紋檢測儀的具體工作過程如下:
[0025]將探頭I與被測工件表面接觸，按下電源管理模塊2按鈕。電源管理模塊2作為整個系統(tǒng)的配電系統(tǒng)，采用移動電源5V/2A輸入，直接為ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊9，現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGAlO和微處理器MCUll供電，同時經(jīng)過一級的升壓12V，為高壓模塊3供電。高壓模塊3輸入12V/0.2A的直流電源，輸出高壓驅(qū)動后級的超聲波發(fā)送電路4。其中帶有可調(diào)電位器的高壓模塊調(diào)節(jié)輸出電壓，本系統(tǒng)固定采用400V高壓，穩(wěn)定驅(qū)動超聲波發(fā)送電路
4。由于高壓脈沖很容易產(chǎn)生高頻輻射，會對周圍的電路產(chǎn)生很嚴(yán)重的信號干擾，采用銅罩屏蔽整個超聲波發(fā)送電路4和超聲波接收電路模塊15，提高電路的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)上電之后，完成系統(tǒng)的初始化工作，然后由現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGAlO控制超聲波發(fā)送電路4產(chǎn)生10Hz的高壓激勵脈沖，該脈沖經(jīng)過探頭線到達(dá)探頭的壓電晶片，產(chǎn)生超聲波發(fā)射信號。超聲波發(fā)射信號在被測工件內(nèi)傳播，并攜帶工件的缺陷和界面信息返回探頭1，經(jīng)過探頭的壓電晶片轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)入本動車組裂紋檢測儀的超聲波接收電路模塊15對接收的信號進(jìn)行放大濾波。
[0026]由于本發(fā)明采用的探頭是一款單晶換能器，因此激勵脈沖高壓將輸入到接收通道，造成其在接收通道輸入端輸入的信號不僅有微伏級的回波信號，而且還有上百伏的發(fā)射脈沖高壓信號，如果不對此信號進(jìn)行處理，將損壞后級接收通道電路元件，導(dǎo)致不能正常接收回波信號，造成系統(tǒng)檢測的誤判。為此，設(shè)計中采用了串聯(lián)和并聯(lián)限幅電路的保護(hù)電路設(shè)計方案，輸入保護(hù)電路5的電阻R5起到限流的作用，電容C24可以通過高頻小信號，二極管D3和D4起到電壓鉗位的作用。當(dāng)信號大于0.7V時，二極管D4導(dǎo)通，把BNCOUT信號限制在0.7V ;當(dāng)電壓小于-0.7V時，二極管D3導(dǎo)通，把BNCOUT信號幅度限制在-0.7V，通過兩個二極管的配合，把信號Vb (AMPI IN的電壓值)，控制在:-0.7V〈Vb〈0.7V的范圍內(nèi)。因此，超聲波的回波微弱信號不會受到影響，無損的輸入到后級的前置放大電路6，再輸入到可控增益放大電路7，再輸入到濾波電路8，然后輸出給ADDA轉(zhuǎn)換電路9中的AD轉(zhuǎn)換電路，電信號被轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，再送至現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGAlO模擬的FIFO儲存器(先入先出雙口緩沖器)中暫時儲存。同時，F(xiàn)PGA還負(fù)責(zé)驅(qū)動ADDA轉(zhuǎn)換電路9中的DA模塊，輸出可調(diào)的直流電壓值，控制放大電路的增益值，至此完成了信號的接收。
[0027]然后微處理器MCUll從現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGAlO模擬的FIFO中讀出采樣信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理將數(shù)字信號所代表的回波值經(jīng)運(yùn)算后生成回波幅度曲線，并傳送到顯示屏TFT12上。Flash儲存器14負(fù)責(zé)探傷數(shù)據(jù)的儲存，容量高達(dá)4GB，使得本檢測儀在完成探傷工作的同時大量有效的保留探傷數(shù)據(jù)，并根據(jù)用戶的指令隨時可在電腦端Matlab程序上回放顯示所保留的探傷數(shù)據(jù)。本檢測儀還設(shè)有一個報警器13，MCU微處理器11可以根據(jù)設(shè)定好的裂紋缺陷閾值，來啟動蜂鳴器報警。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種動車組裂紋檢測儀，其特征在于，包括超聲波探頭、電源管理模塊、高壓模塊、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路模塊、ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊、現(xiàn)場可編程邏輯陣列、微處理器、顯示屏、報警器和儲存器；其中，電源管理模塊的輸出端分別與高壓模塊、ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊、現(xiàn)場可編程邏輯陣列、微處理器連接；高壓模塊依次與超聲波發(fā)射電路、探頭、超聲波接收電路模塊、ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊相連；現(xiàn)場可編程邏輯陣列分別與高壓模塊、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路模塊、ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊和微處理器連接；微處理器分別與顯示屏、報警器、儲存器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述超聲波接收電路模塊包括依次連接的輸入保護(hù)電路、前置放大電路、可控增益放大電路和濾波電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述輸入保護(hù)電路包括二個電阻，二個二極管，一個電容；其中，第一電阻與電容并聯(lián)，兩個二極管反向并聯(lián)；兩個反向并聯(lián)的二極管的一端連接在并聯(lián)的第一電阻與電容的輸出端和第二電阻的輸入端之間；并聯(lián)的第一電阻與電容的輸入端為保護(hù)電路的輸入端，第二電阻的輸出端為保護(hù)電路的輸出端，兩個反向并聯(lián)的二極管的另一端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路模塊整個采用銅罩屏蔽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述微處理器采用STM32F103 處理器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA采用EP2C8Q208C8這款現(xiàn)場可編程邏輯Cyclone II FPGA。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述高壓模塊采用12Z601-10C5V直流高壓發(fā)生器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述前置放大電路采用MAX4104ESA運(yùn)算放大器。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述可控增益放大電路采用VCA810電壓控制增益放大器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動車組裂紋檢測儀，其特征在于，所述ADDA轉(zhuǎn)換電路模塊采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9280和數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD9708。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動車組裂紋檢測儀，屬于超聲波探傷領(lǐng)域，檢測儀包括超聲波探頭、電源管理模塊、高壓模塊、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路模塊、轉(zhuǎn)換電路模塊、現(xiàn)場可編程邏輯陣列微處理器、顯示屏、報警器和儲存器。其中電源管理模塊分別與高壓模塊、轉(zhuǎn)換電路模塊、現(xiàn)場可編程邏輯陣列、微處理器連接；高壓模塊依次與超聲波發(fā)射電路、探頭、超聲波接收電路模塊、轉(zhuǎn)換電路模塊相連；現(xiàn)場可編程邏輯陣列分別與高壓模塊、超聲波發(fā)射電路、超聲波接收電路模塊、轉(zhuǎn)換電路和微處理器連接；微處理器分別與顯示屏、報警器、儲存器連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，能夠快速、高精度地對裂紋進(jìn)行檢測，體積小攜帶方便，續(xù)航、儲存能力強(qiáng)，適合于動車組車間裂紋檢測。
【IPC分類】G01N29/04
【公開號】CN105223273
【申請?zhí)枴緾N201510648597
【發(fā)明人】郭丹, 劉書海, 陳瑜, 楊旭, 馬繼軍, 楊帥
【申請人】清華大學(xué), 唐山軌道客車有限責(zé)任公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月9日