專利名稱：非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，特別是涉及一種非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)脈沖發(fā)射-接收式超聲檢測(cè)儀用途廣泛，通常使用頻率在1ΜΗζ-15ΜΗζ之間，對(duì)一些要求較高的場(chǎng)合，這一頻率范圍無(wú)法滿足檢測(cè)要求。例如，非線性超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，它能夠發(fā)現(xiàn)線性超聲無(wú)法檢測(cè)的材料損傷和缺陷，如疲勞、應(yīng)力集中、弱結(jié)合等，這一新的檢測(cè)技術(shù)要求儀器不僅有較強(qiáng)的發(fā)射功率外，特別要求擁有寬頻帶的接收放大能力，以獲得高次諧波等信息。但截至目前，鑒于電子技術(shù)現(xiàn)狀，難于僅憑一個(gè)放大器解決如此寬(例如從IOOk到50MHz)的模擬信號(hào)頻帶，故現(xiàn)有的儀器因僅有一路串行的放大器而無(wú)法滿足這些要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，設(shè)計(jì)一種非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，在現(xiàn)有模擬電子技術(shù)條件下，采用分頻段接收并進(jìn)行硬件補(bǔ)償?shù)姆椒?，彌補(bǔ)現(xiàn)有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，包括任意波形發(fā)生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開(kāi)關(guān)、至少二個(gè)帶通濾波放大器、至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元、微處理系統(tǒng)、顯示器，其特征在于所述帶通濾波放大器中含有高頻補(bǔ)償電路，用于補(bǔ)償模擬硬件接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減；所述多通道開(kāi)關(guān)置于帶通濾波放大器的前后端，每組多通道開(kāi)關(guān)中的通道開(kāi)關(guān)數(shù)量與帶通濾波放大器的數(shù)量相同，每個(gè)帶通濾波放大器的前后端各有一個(gè)通道開(kāi)關(guān)；所述實(shí)現(xiàn)方法為，
a.微處理系統(tǒng)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器至少分二次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；
b.激勵(lì)信號(hào)經(jīng)可變功率放大器放大后激勵(lì)寬頻超聲傳感器,所述可變功率放大器放大倍數(shù)通過(guò)微處理系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)；
c.寬頻超聲傳感器向被檢工件發(fā)射超聲波信號(hào)，同時(shí)接收被檢工件反射回來(lái)的超聲波信號(hào);
d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成至少二個(gè)頻段，對(duì)應(yīng)至少二個(gè)帶通濾波放大器，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器前端的多通道開(kāi)關(guān)依次開(kāi)啟至少二個(gè)帶通濾波放大器，至少二個(gè)帶通濾波放大器依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器傳輸過(guò)來(lái)的超聲波信號(hào)，同時(shí)濾除干擾雜波，帶通濾波放大器中的高頻補(bǔ)償電路補(bǔ)償模擬硬件接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減；
e.微處理系統(tǒng)控帶通濾波放大器后端的多通道開(kāi)關(guān)，將相應(yīng)帶通濾波放大器接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元；f.A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元依次轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)；
g.由A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元至少分二次采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器中顯示整合后的信號(hào)。上述方法可以最大限度地保有從低頻至中頻到高頻所接收的超聲波信號(hào)的完整性，達(dá)到非線性超聲波檢測(cè)對(duì)儀器模擬放大硬件電路的接收要求。進(jìn)一步的，所述裝置中可采用數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元；所述實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟a中，微處理系統(tǒng)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器一次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；在步驟d中，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器前端的多通道開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟至少二個(gè)帶通濾波放大器，至少二個(gè)帶通濾波放大器同時(shí)接收各自頻段的超聲波信號(hào)；在步驟e中，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器后端的多通道開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟數(shù)量 與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元，至少二個(gè)帶通濾波放大器接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)直接傳輸至與其相對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元；在步驟f中，數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元同時(shí)各自轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)；在步驟g中，數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元各自采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器中顯示整合后的信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是設(shè)計(jì)一種非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，在現(xiàn)有模擬電子技術(shù)條件下，采用多次或單次激發(fā)、分頻段接收采樣并進(jìn)行硬件補(bǔ)償、最后集中整合處理的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力，滿足了非線性超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的各項(xiàng)硬件要求，將進(jìn)一步推動(dòng)非線性超聲檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置不局限于實(shí)施例。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置原理框圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的通過(guò)加權(quán)處理整合的放大器頻率響應(yīng)曲線與理想放大器頻率響應(yīng)曲線的對(duì)比示意圖。圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置原理框圖。圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的裝置原理框圖。圖5是本發(fā)明第四實(shí)施例的裝置原理框圖。圖中，①.任意波形發(fā)生器，②.可變功率放大器，③.寬頻超聲傳感器，④.多通道開(kāi)關(guān)，⑤I ⑤η.帶通濾波放大器，⑥I ⑥n. A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元，⑦.微處理系統(tǒng)，⑧.顯示器，(a).理想放大器的頻率響應(yīng)曲線，(b).通過(guò)加權(quán)處理整合的放大器頻率響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施方式
圖I、圖2所示的第一實(shí)施例中，非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，所述裝置包括任意波形發(fā)生器(①)、可變功率放大器(②)、寬頻超聲傳感器(③)、二組多通道開(kāi)關(guān)(④)、二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)、A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)、微處理系統(tǒng)(⑦)、顯示器(⑧)；所述帶通濾波放大器(⑤)中含有高頻補(bǔ)償電路；所述多通道開(kāi)關(guān)(④)置于二個(gè)帶通濾波放大器(BW)的前后端，每組多通道開(kāi)關(guān)(④)中的通道開(kāi)關(guān)數(shù)量與帶通濾波放大器(⑤)的數(shù)量相同，每個(gè)帶通濾波放大器(⑤)的前后端各有一個(gè)通道開(kāi)關(guān)；所述實(shí)現(xiàn)方法為，
a.微處理系統(tǒng)(⑦)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器(①)分二次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；
b.激勵(lì)信號(hào)經(jīng)可變功率放大器(②)放大后激勵(lì)寬頻超聲傳感器(③),所述可變功率放大器(②)放大倍數(shù)通過(guò)微處理系統(tǒng)(⑦)控制調(diào)節(jié)；
c.寬頻超聲傳感器(③)向被檢工件發(fā)射超聲波信號(hào)，同時(shí)接收被檢工件反射回來(lái)的超聲波信號(hào)；
d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成二個(gè)頻段，對(duì)應(yīng)二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)，微處理系統(tǒng)(⑦)通過(guò)控制帶通濾波放大器(⑤)前端的多通道開(kāi)關(guān)(④)依次開(kāi)啟二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)，二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器(③)傳輸過(guò)來(lái)的超聲波信號(hào)，同時(shí)濾除干擾雜波，帶通濾波放大器(⑤)中的高頻補(bǔ)償電路補(bǔ)償模擬硬件接收電路及寬頻超聲傳感器(③)固有的高頻衰減；
e.微處理系統(tǒng)(⑦)控制帶通濾波放大器(⑤)后端的多通道開(kāi)關(guān)(④)將相應(yīng)帶通濾波放大器(⑤)接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥);
f.A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)依次轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)；
g.由A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)二次采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)(⑦)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器(⑧)中顯示整合后的信號(hào)。在圖2中，本發(fā)明的通過(guò)加權(quán)處理整合的放大器頻率響應(yīng)曲線(b)已經(jīng)非常接近理想放大器的頻率響應(yīng)曲線(a)。在圖3所示的第二實(shí)施例中，本發(fā)明與第一實(shí)施例的不同之處在于進(jìn)一步的，所述裝置中可采用數(shù)量多于二個(gè)的帶通濾波放大器(⑤)，所需低頻至最高頻率之間劃分成與帶通濾波放大器(⑤)數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)頻段。在圖4所示的第三實(shí)施例中，本發(fā)明與第一實(shí)施例的不同之處在于進(jìn)一步的，所述裝置中可采用二個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)；所述實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟a中，微處理系統(tǒng)(⑦)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器(①)一次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；在步驟d中，微處理系統(tǒng)(⑦)通過(guò)控制帶通濾波放大器(⑤)前端的多通道開(kāi)關(guān)(④)同時(shí)開(kāi)啟二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)，二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)同時(shí)接收各自頻段的超聲波信號(hào)；在步驟e中，微處理系統(tǒng)(⑦)通過(guò)控制帶通濾波放大器(⑤)后端的多通道開(kāi)關(guān)(④)同時(shí)開(kāi)啟二個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)，二個(gè)帶通濾波放大器(⑤)接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)直接傳輸至相對(duì)應(yīng)的二個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)；在步驟f中，二個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)同時(shí)各自轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)；在步驟g中，二個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)各自采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)(⑦)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器(⑧)中顯示整合后的信號(hào)。在圖5所示的第四實(shí)施例中，本發(fā)明與第三實(shí)施例的不同之處在于進(jìn)一步的，所述裝置中可采用數(shù)量多于二個(gè)的帶通濾波放大器(⑤)和數(shù)量多于二個(gè)的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)，所需低頻至最高頻率之間劃分成與帶通濾波放大器(⑤)數(shù)量相對(duì)應(yīng)的多個(gè)頻段，帶通濾波放大器(⑤)和A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元(⑥)的數(shù)量相同。 上述實(shí)施例僅用來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，但發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，包括任意波形發(fā)生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開(kāi)關(guān)、至少二個(gè)帶通濾波放大器、至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元、微處理系統(tǒng)、顯示器，其特征在于所述帶通濾波放大器中含有高頻補(bǔ)償電路；所述多通道開(kāi)關(guān)置于帶通濾波放大器的前后端，每組多通道開(kāi)關(guān)中的通道開(kāi)關(guān)數(shù)量與帶通濾波放大器的數(shù)量相同，每個(gè)帶通濾波放大器的前后端各有一個(gè)通道開(kāi)關(guān)；所述實(shí)現(xiàn)方法為， a.微處理系統(tǒng)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器至少分二次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)； b.激勵(lì)信號(hào)經(jīng)可變功率放大器放大后激勵(lì)寬頻超聲傳感器,所述可變功率放大器放大倍數(shù)通過(guò)微處理系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)； c.寬頻超聲傳感器向被檢工件發(fā)射超聲波信號(hào)，同時(shí)接收被檢工件反射回來(lái)的超聲波信號(hào); d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成至少二個(gè)頻段，對(duì)應(yīng)至少二個(gè)帶通濾波放大器，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器前端的多通道開(kāi)關(guān)依次開(kāi)啟至少二個(gè)帶通濾波放大器，至少二個(gè)帶通濾波放大器依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器傳輸過(guò)來(lái)的超聲波信號(hào)，同時(shí)濾除干擾雜波，帶通濾波放大器中的高頻補(bǔ)償電路補(bǔ)償模擬硬件接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減； e.微處理系統(tǒng)控帶通濾波放大器后端的多通道開(kāi)關(guān)，將相應(yīng)帶通濾波放大器接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元； f.A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元依次轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)； g.由A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元至少分二次采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器中顯示整合后的信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，其特征在于進(jìn)一步的，所述裝置中可采用數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元；所述實(shí)現(xiàn)方法中，在步驟a中，微處理系統(tǒng)控制任意波形信號(hào)發(fā)生器一次激發(fā)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)；在步驟d中，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器前端的多通道開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟至少二個(gè)帶通濾波放大器，至少二個(gè)帶通濾波放大器同時(shí)接收各自頻段的超聲波信號(hào)；在步驟e中，微處理系統(tǒng)通過(guò)控制帶通濾波放大器后端的多通道開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元，至少二個(gè)帶通濾波放大器接收的相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)直接傳輸至與其相對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元；在步驟f中，數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元同時(shí)各自轉(zhuǎn)換并采集相應(yīng)頻段的超聲波信號(hào)中的數(shù)據(jù)；在步驟g中，數(shù)量與帶通濾波放大器相同的A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元各自采集的數(shù)據(jù)最后通過(guò)微處理系統(tǒng)加權(quán)處理，整合成所需全頻帶的信號(hào)，并在顯示器中顯示整合后的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了非線性超聲檢測(cè)儀模擬放大電路的實(shí)現(xiàn)方法及裝置，所述裝置包括任意波形發(fā)生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開(kāi)關(guān)、至少二個(gè)帶通濾波放大器、至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器及FPGA信號(hào)整合處理單元、微處理系統(tǒng)、顯示器，采用多次或單次激發(fā)、分頻段接收采樣并進(jìn)行硬件補(bǔ)償、最后集中整合處理的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力，滿足了非線性超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的各項(xiàng)硬件要求。
文檔編號(hào)H03F3/20GK102969996SQ201210459078
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者林俊明, 孫金立, 袁英民, 楊宏程, 吳曉瑜, 趙晉成 申請(qǐng)人:愛(ài)德森(廈門(mén))電子有限公司