一種超聲成像檢測(cè)裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超聲成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲成像檢測(cè)裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲相控陣成像對(duì)于無損檢測(cè)具有重要的意義，近年來更是得到了廣泛應(yīng)用。相控陣檢測(cè)具有極大的靈活性，可以檢測(cè)不規(guī)則形狀的零件。相對(duì)于傳統(tǒng)的單陣元探傷系統(tǒng)，相控陣檢測(cè)/探傷具有探查面積大、信噪比高、檢測(cè)結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)。常用的相控陣的工作方式有平面波束、扇掃波束及聚焦波束等，不同的工作方式具有不同的探查范圍和精度。同時(shí)，隨著2D換能器的發(fā)展，零器件的三維體掃描技術(shù)在無損探傷領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Pro-cessor，DSP)多核等技術(shù)促進(jìn)了高速的相控陣探傷的發(fā)展。各種探傷技術(shù)使得工業(yè)制造、火車交通、航空航天和管道傳輸?shù)刃袠I(yè)中的無損探傷技術(shù)得到了巨大的發(fā)展。同時(shí)，在成像技術(shù)方面，各種高精度、高效的成像算法得以實(shí)現(xiàn):包括脈沖編碼、高精度波束形成等。相控陣檢測(cè)方面也有一些包括相控陣陣元一致性的基礎(chǔ)研究;把相控陣應(yīng)用于更加復(fù)雜的材料，例如符合材料相控陣和導(dǎo)波相控陣的研究，也都需要專門的相控陣可配置平臺(tái)作為支撐。
[0004]超聲波在材料介質(zhì)空間的傳播過程中若遇到缺陷或者不連續(xù)的介質(zhì)材料時(shí)會(huì)發(fā)生波的發(fā)射、散射、繞射和對(duì)超聲能量的吸收等現(xiàn)象。超聲多途識(shí)別檢測(cè)技術(shù)是指從超聲傳播過程中形成的多途路徑出發(fā)，發(fā)展相應(yīng)的算法，嘗試去解決缺陷的檢測(cè)問題。
[0005]超聲成像過程主要包括三個(gè)環(huán)節(jié)，一是采集，二是重構(gòu)，三是繪制。所謂采集，就是獲取二維超聲面數(shù)據(jù)的過程;所謂重構(gòu)，是將采集的面數(shù)據(jù)變換的直角坐標(biāo)，從而得到相對(duì)位置與平面一致的面數(shù)據(jù)，這樣在下一步繪制環(huán)節(jié)中才能得到準(zhǔn)確的、沒有變形的成像結(jié)果;所謂繪制，是指對(duì)面數(shù)據(jù)使用可視化算法進(jìn)行計(jì)算，從而獲得可視信息，并在顯示器中進(jìn)行顯示。
[0006]在傳統(tǒng)的無損探傷領(lǐng)域中，往往使用單陣元測(cè)試，近年來一些商用廠商，例如GE和Olympus也開發(fā)了一些商用產(chǎn)品，但是商用的相控陣探傷器一般采用的是專用芯片，系統(tǒng)的可配置性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種超聲成像檢測(cè)裝置及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的超聲成像檢測(cè)設(shè)備所存在的系統(tǒng)可配置性不高的問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超聲成像檢測(cè)裝置，包括探頭連接模塊、發(fā)射模塊、接收模塊及主控模塊，其中:
[0009]所述探頭連接模塊包括探頭連接器及若干個(gè)模擬開關(guān)，所述探頭連接器與一相控陣相連，所述相控陣內(nèi)包括若干個(gè)換能器陣元；
[0010]所述發(fā)射模塊包括發(fā)射控制單元及驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元；
[0011 ]所述接收模塊包括接收控制單元及接收信號(hào)單元；
[0012]所述主控模塊包括信號(hào)調(diào)理單元、DSP主控單元及成像單元；
[0013]發(fā)射超聲波時(shí)，所述DSP主控單元用于發(fā)送發(fā)射控制信號(hào)至所述發(fā)射控制單元，所述發(fā)射控制單元用于對(duì)所述發(fā)射控制信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元用于發(fā)送脈沖信號(hào)至模擬開關(guān)，通過所述模擬開關(guān)選擇與探頭連接器相連的相控陣內(nèi)的換能器陣元的進(jìn)行超聲波發(fā)射；
[00? 4]接收回波時(shí)，所述DSP主控單元用于發(fā)送接收控制信號(hào)至所述接收控制單元，所述接收控制單元用于對(duì)所述接收控制信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至所述接收信號(hào)單元，所述接收信號(hào)單元用于接收來自換能器陣元的回波信號(hào)并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)由所述信號(hào)調(diào)理單元進(jìn)行調(diào)理后輸入所述DSP主控單元進(jìn)行處理，所述成像單元用于顯示所述DSP主控單元處理后的結(jié)果。
[0015]較佳地，所述脈沖信號(hào)以菊花鏈的形式依序驅(qū)動(dòng)所述模擬開關(guān)。
[0016]較佳地，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元包括若干個(gè)脈沖發(fā)生器，所述模擬開關(guān)的數(shù)量為所述脈沖發(fā)生器數(shù)量的整數(shù)倍，發(fā)射超聲波時(shí)的任意一個(gè)時(shí)刻，閉合的模擬開關(guān)的數(shù)量與所述脈沖發(fā)生器數(shù)量相等。
[0017]較佳地，所述接收信號(hào)單元包括包括低噪聲放大器、時(shí)間增益控制器、可編程增益放大控制器及模擬數(shù)字濾波器，所述低噪聲放大器用于對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，所述時(shí)間增益控制器、可編程增益放大控制器分別用于對(duì)低噪聲放大的回波信號(hào)進(jìn)行時(shí)間增益調(diào)整及可編程增益放大控制的處理;所述模擬數(shù)字濾波器用于將處理后的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
[0018]較佳地，所述信號(hào)調(diào)理單元包括低通濾波器及存儲(chǔ)器，所述低通濾波器用于對(duì)來自所述接收信號(hào)單元的回波信號(hào)進(jìn)行低通濾波;所述存儲(chǔ)器用于將回波信號(hào)存儲(chǔ)在相應(yīng)的寄存器的位置。
[0019]較佳地，所述DSP主控單元處理來自所述信號(hào)調(diào)理單元的回波信號(hào)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行全數(shù)字波束形成處理，處理后輸入所述成像單元。
[0020]較佳地，所述成像單元具體用于在所述DSP主控單元的控制下對(duì)波束形成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以及對(duì)缺陷回波信號(hào)依次進(jìn)行提取、重構(gòu)及繪制，從而形成缺陷圖像并顯示。
[0021]較佳地，所述信號(hào)調(diào)理單元輸出的回波信號(hào)以低壓差分信號(hào)的電平形式送入所述DSP主控單元。
[0022]本發(fā)明還提供了一種超聲成像檢測(cè)系統(tǒng)，包括處理終端，及上述的超聲成像檢測(cè)裝置，所述處理終端通過無線或有線的方式與所述成像顯示單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，用于配置所述超聲成像檢測(cè)裝置的工作模式。
[0023]較佳地，所述工作模式為縱波成像模式或橫波成像模式時(shí)，所述處理終端用于生成波束形成的系數(shù)并將其傳送給所述DSP主控單元；
[0024]所述工作模式為全數(shù)據(jù)采集模式時(shí)，所述信號(hào)調(diào)理單元輸出的回波信號(hào)被送入所述DSP主控單元、所述成像單元或所述處理終端以進(jìn)行處理。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:通過用處理器終端對(duì)DSP進(jìn)行不同功能的相控陣無損探傷配置，使其服務(wù)于不同的超聲成像工作方式，使用與各種不同的探傷應(yīng)用，可配置性較好。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明提供的超聲成像檢測(cè)裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明提供的超聲成像檢測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明提供的裝置的發(fā)射模塊及換能器前端的工作示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明提供的裝置的信號(hào)前處理的工作示意圖；
[0030]圖5為本發(fā)明提供的裝置的DSP主控單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為更好地說明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，具體如下:
[0032]如圖1所示，本發(fā)明提供的超聲成像檢測(cè)裝置，主要由四塊板卡組成，分別為探頭連接模塊10、發(fā)射模塊20、接收模塊30及主控模塊40，四塊板卡協(xié)同工作完成16通道64陣元的超聲成像功能。其中:探頭連接模塊10包括探頭連接器11及16個(gè)模擬開關(guān)T-R，探頭連接器11與一相控陣50相連，相控陣50內(nèi)包括64個(gè)換能器陣元;而發(fā)射模塊20包括發(fā)射控制單元21、驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元22以及發(fā)射電源23;接收模塊30包括接收控制單元31、接收信號(hào)單元32以及接收電源33;主控模塊40包括信號(hào)調(diào)理單元41、DSP主控單元42及成像單元43。其中，發(fā)射電源23及接收電源33分別為發(fā)射模塊及接收模塊供電，當(dāng)然在其他優(yōu)選實(shí)施例中，可采用外部供電的方式而無需設(shè)置發(fā)射電源23及接收電源33。
[0033]該超聲成像檢測(cè)裝置進(jìn)行發(fā)射超聲波時(shí)，DSP主控單元42發(fā)送發(fā)射控制信號(hào)至發(fā)射控制單元21，發(fā)射控制單元21對(duì)發(fā)射控制信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元22，驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元22發(fā)送脈沖信號(hào)至對(duì)應(yīng)的模擬開關(guān)，通過模擬開關(guān)的閉合與斷開來選擇與探頭連接器11相連的相控陣內(nèi)的換能器陣元是否工作，從而進(jìn)行超聲波發(fā)射。
[0034]在探測(cè)板結(jié)構(gòu)金屬/塊試件中，發(fā)射的超聲波遇到材料內(nèi)部缺陷后，產(chǎn)生缺陷回波信號(hào)。缺陷回波信號(hào)回到換能器進(jìn)行聲信號(hào)向電信號(hào)的換能，回波電信號(hào)通過模擬開關(guān)到達(dá)接收模塊30。
[0035]其中，該超聲成像檢測(cè)裝置接收回波時(shí)，DSP主控單元42發(fā)送接收控制信號(hào)至接收控制單元31，接收控制單元31對(duì)接收控制信號(hào)進(jìn)行處理后輸出至接收信號(hào)單元32，接收信號(hào)單元32接收來自換能器陣元的回波信號(hào)并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由信號(hào)調(diào)理單元41進(jìn)行調(diào)理后輸入DSP主控單元42進(jìn)行處理，成像單元43顯示DSP主控單元42處理后的結(jié)果。
[0036]其中，驅(qū)動(dòng)信號(hào)單元22包括多個(gè)脈沖發(fā)生器，模擬開關(guān)的數(shù)量為脈沖發(fā)生器數(shù)量的整數(shù)倍，發(fā)射超聲波時(shí)的任意一個(gè)時(shí)刻，閉合的模擬開關(guān)的數(shù)量與所述脈沖發(fā)生器數(shù)量相等。而DSP主控單元42控制脈沖信號(hào)以菊花鏈的形式依序驅(qū)動(dòng)上述的模擬開關(guān)。
[0037]優(yōu)選地，接收信號(hào)單元32包括包括低噪聲放大器、時(shí)間增益控制器、可編程增益放大控制器及模擬數(shù)字濾波器，低噪聲放大器對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大，時(shí)間增益控制器、可編程增益放大控制器分別用于對(duì)低噪聲放大的回波信號(hào)進(jìn)行時(shí)間增益調(diào)整及可編程增益放大控制的處理;模擬數(shù)字濾波器用于將處理后的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并以LVDS的點(diǎn)評(píng)方式送入信號(hào)調(diào)理模塊。
[0038]信號(hào)調(diào)理單元包括低通濾波器(LPF)及存儲(chǔ)器，低通濾波器(LPF