一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置的制造方法
【專利摘要】一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊有依次串接的：超聲換能器激勵(lì)接收電路、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、前置增益放大器、可變?cè)鲆娣糯笃鳌?路可選檢波濾波電路和高速高精度采樣芯片，數(shù)字處理模塊有：分別與中央處理器雙向連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、鍵盤電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)存芯片和閃存芯片，鍵盤電路的輸入端依次連接PIC單片機(jī)和電池管理電路，顯示驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接LCD顯示屏，超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊中的超聲換能器激勵(lì)接收電路、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、前置增益放大器、可變?cè)鲆娣糯笃骱?路可選檢波濾波電路的信號(hào)輸入端分別連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸出端，高速高精度采樣芯片的信號(hào)輸出端連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸入端。
【專利說(shuō)明】
一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)損檢測(cè)裝置。特別是涉及一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)超聲波無(wú)損檢測(cè)裝置作為超聲波檢測(cè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)通用設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、航天等金屬材料的無(wú)損檢測(cè)。超聲波無(wú)損檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)型式多樣，因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、攜帶方便、適應(yīng)場(chǎng)合廣泛而被廣為應(yīng)用。
[0003]厚度<6mm的金屬薄板是工業(yè)生產(chǎn)用的重要原材料。金屬薄板的生產(chǎn)工藝決定了其內(nèi)部最易存在的缺陷類型為平行于材料表面的分層性缺陷。
[0004]現(xiàn)行的GB11345-2013《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結(jié)果分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定適用范圍為“母材厚度不小于8mm的鐵素體類鋼全焊透熔化焊縫的脈沖反射法手工超聲波焊縫檢驗(yàn)?！?br>[0005]但現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)工程中，厚度小于8mm的情況越來(lái)越常見(jiàn)，對(duì)6mm以內(nèi)薄板缺陷檢測(cè)的需求越來(lái)越急切。
[0006]目前，國(guó)內(nèi)外各工業(yè)部門對(duì)金屬薄板內(nèi)部質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)，均采用超聲蘭姆波方法或超聲橫波脈沖反射方法。超聲蘭姆波方法檢測(cè)速度快，但存在嚴(yán)重的缺陷漏檢。國(guó)外宇航工業(yè)部門對(duì)金屬薄板的無(wú)損檢測(cè)主要采用超聲橫波脈沖反射方法，由于該方法是利用材料內(nèi)部分層性缺陷前沿的超聲散射信號(hào)對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，而金屬薄板內(nèi)部缺陷的前沿非常窄，該方法檢測(cè)時(shí)亦存在較嚴(yán)重的缺陷漏檢。
[0007]根據(jù)聲學(xué)理論基礎(chǔ)，在不考慮介質(zhì)衰減的情況下，液體介質(zhì)中超聲波波源附近會(huì)有由于波的干涉而出現(xiàn)的一系列聲壓極大極小值的區(qū)域，稱為超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)，又叫菲涅耳區(qū)。
[0008]在近場(chǎng)區(qū)進(jìn)行超聲波探傷對(duì)定量是不利的，處于聲壓極小值處的較大缺陷回波可能較低，而處于聲壓極大值處的較小缺陷回波可能較高，這樣就容易引起誤判，甚至漏檢。由于薄板焊縫的母材板厚較薄，基本都處于超聲場(chǎng)的近場(chǎng)區(qū)，因此為避免誤判、漏檢，傳統(tǒng)意義上使用縱波單晶探頭不宜進(jìn)行薄板焊縫無(wú)損檢測(cè)。
[0009]但是超聲波探傷在縱波方式對(duì)平行于金屬薄板表面的分層型缺陷有著其他兩種方式不可比擬的檢測(cè)靈敏度。一般雙晶探頭均采用延遲塊設(shè)計(jì)，縮短了鋼材中近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度，這對(duì)薄板焊縫探傷是有利的。除此之外雙晶探頭還具有靈敏度高，雜波少盲區(qū)小，超聲波能量集中在棱形探測(cè)區(qū)域內(nèi)且可通過(guò)調(diào)節(jié)入射角度來(lái)調(diào)節(jié)探測(cè)范圍等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠提高工作速度和工作穩(wěn)定性，同時(shí)降低功耗，減小體積和重量的對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置。
[0011]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，是由超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊和數(shù)字處理模塊構(gòu)成，所述的超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭的超聲換能器激勵(lì)接收電路、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、前置增益放大器、可變?cè)鲆娣糯笃鳌?路可選檢波濾波電路和高速高精度采樣芯片，所述的數(shù)字處理模塊包括中央處理器，分別與中央處理器雙向連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列、鍵盤電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)存芯片和閃存芯片，其中，所述的鍵盤電路的輸入端依次連接PIC單片機(jī)和電池管理電路，所述顯示驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接LCD顯示屏，所述超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊中的超聲換能器激勵(lì)接收電路、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)、前置增益放大器、可變?cè)鲆娣糯笃骱?路可選檢波濾波電路的信號(hào)輸入端分別連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸出端，高速高精度采樣芯片的信號(hào)輸出端連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸入端。
[0012]所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路的高壓電源輸入端通過(guò)一個(gè)升壓芯片連接外部供電電源。
[0013]所述的中央處理器還分別連接電源電路和第一晶振電路。
[0014]所述的中央處理器選用ALTERA公司的ARM9架構(gòu)中央處理器。
[0015]所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸入端還連接第二晶振電路。
[0016]所述的采樣探頭為1M?20M雙晶探頭。
[0017]所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路包括有:第一驅(qū)動(dòng)芯片和第二驅(qū)動(dòng)芯片，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片和第二驅(qū)動(dòng)芯片的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片和第二驅(qū)動(dòng)芯片的信號(hào)輸入端分別連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的信號(hào)輸出端，所述所述第一驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第一電阻連接第一 MOS管的柵極，所述第二驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第二電阻連接第二 MOS管的柵極，所述第一 MOS管的源極接地，所述第一 MOS管的漏極通過(guò)第五電阻連接高壓電源輸入端，所述第二 MOS管的源極分別通過(guò)第一電容接地、通過(guò)第二電容接地和通過(guò)第三電容接地，所述第二 MOS管的漏極依次通過(guò)第三電阻、第四電容和第五電阻連接高壓電源輸入端，還設(shè)置有第一?第四二極管，其中，第一二極管和第三二極管的負(fù)極共同通過(guò)第四電阻接地，以及依次通過(guò)第四電容和第五電阻連接高壓電源輸入端，第一二極管和第三二極管的正極共同連接第二二極管和第四二極管的負(fù)極，第二二極管和第四二極管的正極連接采樣探頭。
[0018]本發(fā)明的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、高度集成化
[0020]采用當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)和成熟的集成電路技術(shù)，如FPGA和CPLD以及專用DSP等技術(shù)，不僅大提高了儀器的技術(shù)性能、工作速度和穩(wěn)定可靠性，還降低了功耗，減小了體積和重量。
[0021]2、模擬電路多檔匹配
[0022]保證回波波形的完整性和峰值不丟失，同時(shí)有8檔輸出阻尼和8個(gè)濾波頻帶可以供切換，使得傳統(tǒng)普通規(guī)格的單晶直探頭，斜探頭也能正常工作等等。
[0023]3、低噪聲設(shè)計(jì)
[0024]完善的電路設(shè)計(jì)，解決了噪聲干擾問(wèn)題，使儀器的靈敏度余量大增加。
[0025]4、人工智能技術(shù)
[0026]應(yīng)用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儀器和探頭檢驗(yàn)自動(dòng)化、波峰自動(dòng)跟蹤和缺陷位置、大小和當(dāng)量自動(dòng)轉(zhuǎn)換及顯示。
[0027]5、設(shè)計(jì)和制造模塊化
[0028]采用模塊化設(shè)計(jì)，儀器的升級(jí)和生產(chǎn)方便、可靠。
[0029]6、多工藝設(shè)置
[0030]儀器具有多個(gè)獨(dú)立的探傷通道，各通道可以存儲(chǔ)不同的探傷工藝，可取代多臺(tái)探傷儀，節(jié)省空間、時(shí)間和成本。
[0031]7、全中文提示
[0032]具有中文鍵盤，操作過(guò)程中全中文提示，使探傷人員能快速掌握儀器的應(yīng)用方法。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置的構(gòu)成框圖；
[0034]圖2是本發(fā)明中超聲換能器激勵(lì)接收電路的電路原理圖。
[0035]圖中
[0036]1:中央處理器2:超聲換能器激勵(lì)接收電路
[0037]3:多路復(fù)用開(kāi)關(guān)4:前置增益放大器
[0038]5:可變?cè)鲆娣糯笃?:8路可選檢波濾波電路
[0039]7:高速高精度采樣芯片8:現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列
[0040]9:pIC單片機(jī)10:電池管理電路[0041 ] 11:顯示驅(qū)動(dòng)電路 12:內(nèi)存芯片
[0042]13:閃存芯片14:電源電路
[0043]15:第一晶振電路16:鍵盤電路
[0044]17:第二晶振電路18:采樣探頭
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0046]如圖1所示，本發(fā)明的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，是由超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊和數(shù)字處理模塊構(gòu)成，所述的超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭18的超聲換能器激勵(lì)接收電路2、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)3、前置增益放大器4、可變?cè)鲆娣糯笃?、8路可選檢波濾波電路6和高速高精度采樣芯片7，所述高速高精度采樣芯片7采用能夠進(jìn)行雙通道并發(fā)采集的具有雙通道10MHz以上采樣率AD轉(zhuǎn)換芯片。所述的采樣探頭18為1M?20M雙晶探頭，還可以使用單晶直探頭或斜探頭。所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路2的高壓電源輸入端HV通過(guò)一個(gè)升壓芯片連接外部供電電源。所述的數(shù)字處理模塊包括:中央處理器I，分別與中央處理器I雙向連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8、鍵盤電路16、顯示驅(qū)動(dòng)電路11、內(nèi)存芯片(DDR2SDRAM)12和閃存芯片(Nand Flash)13，其中，所述的鍵盤電路16的輸入端依次連接PIC單片機(jī)(PIC16F系列)9和電池管理電路10，所述顯示驅(qū)動(dòng)電路11的輸出端連接LCD顯示屏13，所述超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊中的超聲換能器激勵(lì)接收電路2、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)
3、前置增益放大器4、可變?cè)鲆娣糯笃?和8路可選檢波濾波電路6的信號(hào)輸入端分別連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8的信號(hào)輸出端，高速高精度采樣芯片7的信號(hào)輸出端連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8的信號(hào)輸入端。所述的中央處理器I還分別連接電源電路14和第一晶振電路15。所述的中央處理器I選用ALTERA公司的ARM9架構(gòu)中央處理器。所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8可以選用賽靈公司的FPGA可CPLD或?qū)Ｓ肈SP芯片，其信號(hào)輸入端還連接第二晶振電路17。
[0047]所述超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊都是數(shù)字可控，其功能由中央處理器I通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列選擇調(diào)節(jié)。所述數(shù)字處理模塊都在時(shí)序電路的協(xié)調(diào)下工作。
[0048]如圖2所示，所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路2包括有:第一驅(qū)動(dòng)芯片U316和第二驅(qū)動(dòng)芯片U317，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片U316和第二驅(qū)動(dòng)芯片U317的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片U316和第二驅(qū)動(dòng)芯片U317的信號(hào)輸入端分別連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列8的信號(hào)輸出端，所述所述第一驅(qū)動(dòng)芯片U316的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第一電阻R347連接第一 MOS管Q301的柵極，所述第二驅(qū)動(dòng)芯片U317的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第二電阻R348連接第二 MOS管Q300的柵極，所述第一 MOS管Q301的源極接地，所述第一 MOS管Q301的漏極通過(guò)第五電阻R303連接高壓電源輸入端HV，所述第二 MOS管Q300的源極分別通過(guò)第一電容C312接地、通過(guò)第二電容C313接地和通過(guò)第三電容C314接地，所述第二 MOS管Q300的漏極依次通過(guò)第三電阻R311、第四電容C311和第五電阻R303連接高壓電源輸入端HV，還設(shè)置有第一?第四二極管D300、D301、D302、D303，其中，第一二極管D300和第三二極管D300的負(fù)極共同通過(guò)第四電阻R304接地，以及依次通過(guò)第四電容C311和第五電阻R303連接高壓電源輸入端HV，第一二極管D300和第三二極管D300的正極共同連接第二二極管D301和第四二極管D303的負(fù)極，第二二極管D301和第四二極管D303的正極連接采樣探頭18。
[0049]本發(fā)明的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，能適應(yīng)20M雙晶探頭，應(yīng)用高速采樣器件和高頻濾波電路電路，保證回波波形的完整性和峰值不丟失。并且，本發(fā)明還8檔輸出阻尼和8個(gè)濾波頻帶可以供切換，使得傳統(tǒng)普通規(guī)格的單晶直探頭，斜探頭也能正常工作。即本發(fā)明能夠支持高達(dá)20MHz雙晶探頭的濾波頻帶，及高達(dá)210MHz的回波采樣頻率，通過(guò)改變?nèi)肷浣嵌?，采樣探頭18能夠?qū)⒊暡芰考性诶庑翁綔y(cè)區(qū)域薄板中的缺陷，從而能夠分辨4mm厚鋼板下表面寬度為0.1_，深度為0.1mm的缺陷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，是由超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊和數(shù)字處理模塊構(gòu)成，所述的超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭(18)的超聲換能器激勵(lì)接收電路(2)、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(3)、前置增益放大器(4)、可變?cè)鲆娣糯笃?5)、8路可選檢波濾波電路(6)和高速高精度采樣芯片(7)，所述的數(shù)字處理模塊包括中央處理器(I)，分別與中央處理器(I)雙向連接的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(8)、鍵盤電路(16)、顯示驅(qū)動(dòng)電路(11)、內(nèi)存芯片(12)和閃存芯片(13)，其中，所述的鍵盤電路(16)的輸入端依次連接PIC單片機(jī)(9)和電池管理電路(10)，所述顯示驅(qū)動(dòng)電路(11)的輸出端連接LCD顯示屏(13)，所述超聲波信號(hào)檢測(cè)模塊中的超聲換能器激勵(lì)接收電路(2)、多路復(fù)用開(kāi)關(guān)(3)、前置增益放大器(4)、可變?cè)鲆娣糯笃?5)和8路可選檢波濾波電路(6)的信號(hào)輸入端分別連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(8)的信號(hào)輸出端，高速高精度采樣芯片(7)的信號(hào)輸出端連接所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(8)的信號(hào)輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路(2)的高壓電源輸入端(HV)通過(guò)一個(gè)升壓芯片連接外部供電電源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的中央處理器(I)還分別連接電源電路(14)和第一晶振電路(15)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的中央處理器(I)選用ALTERA公司的ARM9架構(gòu)中央處理器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(8)的信號(hào)輸入端還連接第二晶振電路(17)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的采樣探頭(18)為1M?20M雙晶探頭。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)薄板缺陷進(jìn)行超聲波無(wú)損檢測(cè)的裝置，其特征在于，所述的超聲換能器激勵(lì)接收電路(2)包括有:第一驅(qū)動(dòng)芯片(U316)和第二驅(qū)動(dòng)芯片(U317)，其中，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片(U316)和第二驅(qū)動(dòng)芯片(U317)的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅(qū)動(dòng)芯片(U316)和第二驅(qū)動(dòng)芯片(U317)的信號(hào)輸入端分別連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(8)的信號(hào)輸出端，所述所述第一驅(qū)動(dòng)芯片(U316)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第一電阻(R347)連接第一 MOS管(Q301)的柵極，所述第二驅(qū)動(dòng)芯片(U317)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端通過(guò)第二電阻(R348)連接第二 MOS管(Q300)的柵極，所述第一 MOS管(Q301)的源極接地，所述第一 MOS管(Q301)的漏極通過(guò)第五電阻(R303)連接高壓電源輸入端(HV)，所述第二 MOS管(Q300)的源極分別通過(guò)第一電容(C312)接地、通過(guò)第二電容(C313)接地和通過(guò)第三電容(C314)接地，所述第二MOS管(Q300)的漏極依次通過(guò)第三電阻(R311)、第四電容(C311)和第五電阻(1?303)連接高壓電源輸入端(服)，還設(shè)置有第一?第四二極管(0300、0301、0302、0303)，其中，第一二極管(D300)和第三二極管(D300)的負(fù)極共同通過(guò)第四電阻(R304)接地，以及依次通過(guò)第四電容(C311)和第五電阻(R303)連接高壓電源輸入端(HV)，第一二極管(D300)和第三二極管(D300)的正極共同連接第二二極管(D301)和第四二極管(D303)的負(fù)極，第二二極管(D301)和第四二極管(D303)的正極連接采樣探頭(18)。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK105954354SQ201610279208
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】蔣仕良, 張家平, 田亞團(tuán), 李 杰, 賀颯颯, 王智杰, 周翔, 孫昱, 呂馳, 張培俊
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油化工股份有限公司, 南通友聯(lián)數(shù)碼技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司