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脉冲激发式电磁超声检测仪

174   编辑:中冶有色技术网   来源:中国特种设备检测研究院  
2024-06-07 15:35:25
权利要求书: 1.一种脉冲激发式电磁超声检测仪,其特征在于,包括:

可编程ASIC器件,用于生成多路信号,其中,所述多路信号包括四路发射控制信号和充电控制信号;

电压转换电路,与所述可编程ASIC器件相连接,用于在接收到所述充电控制信号时将低电压信号转换成高电压信号;

发射电路,与所述可编程ASIC器件和所述电压转换电路相连接,用于根据所述发射控制信号和所述高电压信号生成高电压大电流的激励信号;

电磁超声传感器,与所述发射电路相连接,用于根据所述激励信号生成超声信号,并接收回波信号,其中,所述回波信号为所述超声信号在传播过程中遇到待检结构缺陷和边界时的反射信号;

接收信号调理及采样电路,与所述电磁超声传感器相连接,用于对所述回波信号进行处理和采样,得到波形数据点并写入所述可编程ASIC器件内部的存储单元。

2.根据权利要求1所述的检测仪,其特征在于,所述电压转换电路包括:低压电源,用于提供低电压信号;

充电控制电路,与所述可编程ASIC器件和所述低压电源相连接,所述充电控制电路在接收到所述充电控制信号时,控制所述低压电源为高压电容充电;

所述高压电容,与所述充电控制电路和所述发射电路相连接,经所述低压电源充电至高电压,为所述发射电路提供所述高电压信号。

3.根据权利要求1所述的检测仪,其特征在于,所述发射电路包括:四路高速隔离电路,与所述可编程ASIC器件相连接,其中,所述四路高速隔离电路根据所述四路发射控制信号输出四路模拟输入信号,并对所述四路发射控制信号与所述四路模拟输入信号进行隔离,所述四路模拟输入信号包括第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号,所述第一组模拟输入信号与所述第二组模拟输入信号分别包括两路极性相同的模拟输入信号,所述第一组模拟输入信号与所述第二组模拟输入信号的极性相反;

四路电压电流放大电路,与所述四路高速隔离电路相连接,用于将所述第一组模拟输入信号和所述第二组模拟输入信号进行放大,得到第一组驱动信号和第二组驱动信号;

全桥高压大电流开关电路,与所述四路电压电流放大电路和所述电压转换电路相连接,其中,所述电压转换电路为所述全桥高压大电流开关电路提供所述高电压信号,所述全桥高压大电流开关电路根据所述第一组驱动信号和所述第二组驱动信号调整运行状态,所述运行状态包括导通或者截止;

高压变压器转换电路,与所述全桥高压大电流开关电路相连接,用于根据所述全桥高压大电流开关电路的导通或者截止,生成所述激励信号。

4.根据权利要求3所述的检测仪,其特征在于,所述全桥高压大电流开关电路包括:第一开关组,与所述四路电压电流放大电路相连接,在所述第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时,所述第一开关组导通;

第二开关组,与所述四路电压电流放大电路相连接,在所述第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时,所述第二开关组导通。

5.根据权利要求4所述的检测仪,其特征在于,

所述第一开关组包括左臂高端开关和右臂低端开关,在所述第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时所述左臂高端开关和所述右臂低端开关导通;

所述第二开关组包括左臂低端开关和右臂高端开关,在所述第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时所述左臂低端开关和所述右臂高端开关导通。

6.根据权利要求5所述的检测仪,其特征在于,所述高压变压器转换电路包括:调谐电路,与所述左臂高端开关和所述左臂低端开关相连接;

高压变压器,所述高压变压器的原边的第一端与调谐电路相连接,所述高压变压器的原边的第二端与所述右臂高端开关和所述右臂低端开关相连接,所述高压变压器的副边的第一端接地,所述高压变压器的副边的第二端与所述电磁超声传感器相连接。

7.根据权利要求1所述的检测仪,其特征在于,所述检测仪还包括:处理器单元,与所述可编程ASIC器件相连接,用于接收参数,其中,所述可编程ASIC器件根据所述参数生成所述多路信号;

波形数据存储单元,与所述处理器单元相连接,其中,所述处理器单元从所述可编程ASIC器件内部的存储单元读取所述波形数据点,将所述波形数据点存储在所述波形数据存储单元中。

8.根据权利要求1所述的检测仪,其特征在于,所述接收信号调理及采样电路包括:接收信号调理电路,与所述电磁超声传感器相连接,用于对所述回波信号进行处理,得到处理后的回波信号;

模数转换电路,与所述接收信号调理电路相连接,用于对所述处理后的回波信号进行采样得到所述波形数据点。

9.根据权利要求8所述的检测仪,其特征在于,所述接收信号调理电路包括:限幅电路,与所述电磁超声传感器相连接;

低噪声前置放大电路,与所述限幅电路相连接;

固定增益放大电路,与所述低噪声前置放大电路相连接;

带通滤波电路,与所述固定增益放大电路相连接;

第一级程控放大电路,与所述带通滤波电路相连接;

第二级程控放大电路,与所述第一级程控放大电路相连接;

低通滤波电路,与所述第二级程控放大电路相连接。

10.根据权利要求9所述的检测仪,其特征在于,所述多路信号包括增益设定信号和频率选择信号,所述接收信号调理及采样电路包括:增益电压设置电路,与所述可编程ASIC器件、所述第一级程控放大电路和所述第二级程控放大电路相连接,用于根据所述增益设定信号输出电压信号,所述电压信号用于设置所述第一级程控放大电路和所述第二级程控放大电路的增益;

截止频率选择电路,与所述可编程ASIC器件和所述带通滤波电路相连接,用于根据所述频率选择信号设置所述带通滤波电路的截止频率。

说明书: 脉冲激发式电磁超声检测仪技术领域[0001] 本发明涉及超声检测领域,具体而言,涉及一种脉冲激发式电磁超声检测仪。背景技术[0002] 超声检测技术广泛应用于金属设备的测厚、探伤等场合。相对于传统的压电超声检测技术,电磁超声在对金属设备进行检测时,不需要对其表面进行打磨,可节省检测时间和成本,适用于带防锈漆及不允许打磨的场合;电磁超声检测不需要使用耦合剂,可避免因耦合剂的挥发或涂抹不均匀导致的检测结果重复性差的问题;由于电磁超声传感器可实现非接触式检测,特别适用于高温检测场合。另外,由于电磁超声传感器相对于压电传感器而言,价格相对便宜且更便于设计制造,是金属设备无损检测领域迫切需要大力发展的一种技术。[0003] 但现有电磁超声检测仪器,难以在低功耗及低压电池供电的条件下,依然发射高电压、大电流的激励信号,限制了电磁超声检测技术在便携式、在线监测、多通道阵列检测等场合的应用。[0004] 针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。发明内容[0005] 本发明实施例提供了一种脉冲激发式电磁超声检测仪,以至少解决现有电磁超声测厚仪器无法在小体积、低功耗、及低压电池供电的条件下,发射高压大电流激励信号的技术问题。[0006] 根据本发明实施例的一个方面,提供了一种脉冲激发式电磁超声检测仪,包括:可编程ASIC器件,用于生成多路信号,其中,所述多路信号包括四路发射控制信号和充电控制信号;电压转换电路,与所述可编程ASIC器件相连接,用于在接收到所述充电控制信号时将低电压信号转换成高电压信号;发射电路,与所述可编程ASIC器件和所述电压转换电路相连接,用于根据所述发射控制信号和所述高电压信号生成高电压大电流的激励信号;电磁超声传感器,与所述发射电路相连接,用于根据所述激励信号生成超声信号,并接收回波信号,其中,所述回波信号为所述超声信号在传播过程中遇到待检结构缺陷和边界时的反射信号;接收信号调理及采样电路,与所述电磁超声传感器相连接,用于对所述超声回波信号进行处理和采样,得到波形数据点并写入所述可编程ASIC器件内部的存储单元。[0007] 进一步地,所述电压转换电路包括:低压电源,用于提供低电压信号;充电控制电路,与所述可编程ASIC器件和所述低压电源相连接,所述充电控制电路在接收到所述充电控制信号时,控制所述低压电源为高压电容充电;所述高压电容,与所述充电控制电路和所述发射电路相连接,经所述低压电源充电至高电压,为所述发射电路提供所述高电压信号。[0008] 进一步地,四路高速隔离电路,与所述可编程ASIC器件相连接,其中,所述四路高速隔离电路根据所述四路发射控制信号输出四路模拟输入信号,并对所述四路发射控制信号与所述四路模拟输入信号进行隔离,所述四路模拟输入信号包括第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号,所述第一组模拟输入信号与所述第二组模拟输入信号分别包括两路极性相同的模拟输入信号,所述第一组模拟输入信号与所述第二组模拟输入信号的极性相反;四路电压电流放大电路,与所述四路高速隔离电路相连接,用于将所述第一组模拟输入信号和所述第二组模拟输入信号进行放大,得到第一组驱动信号和第二组驱动信号;全桥高压大电流开关电路,与所述四路电压电流放大电路和所述电压转换电路相连接,其中,所述电压转换电路为所述全桥高压大电流开关电路提供所述高电压信号,所述全桥高压大电流开关电路根据所述第一组驱动信号和所述第二组驱动信号调整运行状态,所述运行状态包括导通或者截止;高压变压器转换电路,与所述全桥高压大电流开关电路相连接,用于根据所述全桥高压大电流开关电路的导通或者截止,生成所述激励信号。[0009] 进一步地,所述全桥高压大电流开关电路包括:第一开关组,与所述四路电压电流放大电路相连接,在所述第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时,所述第一开关组导通;第二开关组,与所述四路电压电流放大电路相连接,在所述第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时,所述第二开关组导通。[0010] 进一步地,所述第一开关组包括左臂高端开关和右臂低端开关,在所述第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时所述左臂高端开关和所述右臂低端开关导通;所述第二开关组包括左臂低端开关和右臂高端开关,在所述第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时所述左臂低端开关和所述右臂高端开关导通。[0011] 进一步地,所述高压变压器转换电路包括:调谐电路,与所述左臂高端开关和所述左臂低端开关相连接;高压变压器,所述高压变压器的原边的第一端与调谐电路相连接,所述高压变压器的原边的第二端与所述右臂高端开关和所述右臂低端开关相连接,所述高压变压器的副边的第一端接地,所述高压变压器的副边的第二端与所述电磁超声传感器相连接。[0012] 进一步地,所述检测仪还包括:处理器单元,与所述可编程ASIC器件相连接,用于接收参数,其中,所述可编程ASIC器件根据所述参数生成所述多路信号;波形数据存储单元,与所述处理器单元相连接,其中,所述处理器单元从所述可编程ASIC器件内部的存储单元读取所述波形数据点,将所述波形数据点存储在所述波形数据存储单元中。[0013] 进一步地,所述接收信号调理及采样电路包括:接收信号调理电路,与所述电磁超声传感器相连接,用于对所述回波信号进行处理,得到处理后的回波信号;模数转换电路,与所述接收信号调理电路相连接,用于对所述处理后的回波信号进行采样得到所述波形数据点。[0014] 进一步地,所述接收信号调理电路包括:限幅电路,与所述电磁超声传感器相连接;低噪声前置放大电路,与所述限幅电路相连接;固定增益放大电路,与所述低噪声前置放大电路相连接;带通滤波电路,与所述固定增益放大电路相连接;第一级程控放大电路,与所述带通滤波电路相连接;第二级程控放大电路,与所述第一级程控放大电路相连接;低通滤波电路,与所述第二级程控放大电路相连接。[0015] 进一步地,所述多路信号包括增益设定信号和频率选择信号,所述接收信号调理及采样电路包括:增益电压设置电路,与所述可编程ASIC器件、所述第一级程控放大电路和所述第二级程控放大电路相连接,用于根据所述增益设定信号输出电压信号,所述电压信号用于设置所述第一级程控放大电路和所述第二级程控放大电路的增益;截止频率选择电路,与所述可编程ASIC器件和所述带通滤波电路相连接,用于根据所述频率选择信号设置所述带通滤波电路的截止频率。[0016] 在本发明实施例中,采用可编程ASIC器件,用于生成多路信号,其中,所述多路信号包括多路发射控制信号和充电控制信号;电压转换电路,与所述可编程ASIC器件相连接,用于在接收到所述充电控制信号时将低电压信号转换成高电压信号;发射电路,与所述可编程ASIC器件和所述电压转换电路相连接,用于根据所述发射控制信号和所述高电压信号生成高电压大电流的激励信号;电磁超声传感器,与所述发射电路相连接,用于根据所述激励信号生成超声信号,并接收所述回波信号;接收信号调理及采样电路,与所述电磁超声传感器和所述可编程ASIC器件相连接,用于对所述反射信号进行处理和采样,得到波形数据点并写入所述可编程ASIC器件内部的存储单元。与现有技术相比,本发明提供的脉冲激发式电磁超声检测仪达到了在小体积、低功耗和低电压供电的条件下发射高电压、大电流激励信号的目的,从而实现了减小脉冲激发式电磁超声检测仪功耗的技术效果,进而解决了现有电磁超声测厚仪器无法在小体积、低功耗、及低压电池供电的条件下,发射高压大电流的技术问题。附图说明[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:[0018] 图1是根据本发明实施例的一种可选的脉冲激发式电磁超声检测仪的结构图;[0019] 图2是根据本发明实施例的一种可选的脉冲激发式电磁超声检测仪的工作流程图。具体实施方式[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。[0021] 需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。[0022] 根据本发明实施例,提供了一种脉冲激发式电磁超声检测仪的实施例,该脉冲激发式电磁超声检测仪可以应用于超声波测厚以及超声波探伤等领域,并且根据该检测仪可以很容易地衍生出超声波测厚仪以及超声波探伤仪等仪器设备。[0023] 图1是根据本发明实施例的一种脉冲激发式电磁超声检测仪的结构图,如图1所示,该检测仪包括:[0024] 可编程ASIC器件101,用于生成多路信号,其中,多路信号包括多四路发射控制信号和充电控制信号。[0025] 在本发明实施例中,可编程ASIC器件可以采用FPGA或者CPLD来实现其功能,具体地,可编程ASIC器件用于生成多路控制信号,包括四路发射控制信号和充电控制信号,其中,可编程ASIC器件根据预先设定好的参数,按照预设频率生成四路发射控制信号,生成的发射制信号为数字信号,四路发射控制信号包括两路极性相同的发射控制信号和两路极性与之相反的发射控制信号,并且四路发射控制信号均为有限个周期的方波信号。[0026] 电压转换电路102,与可编程ASIC器件相连接,用于在接收到充电控制信号时将低电压信号转换成高电压信号。[0027] 在本发明实施例中,电压转换电路接收可编程ASIC器件生成的充电控制信号,在充电控制信号的控制下,实现将低电压信号转换成高电压信号,其中,转换成的高电压信号用于为脉冲激发式电磁超声检测仪中的全桥高压大电流开关电路供电,生成高电压大电流的激励信号。[0028] 发射电路103,与可编程ASIC器件和电压转换电路相连接,用于根据发射控制信号和高电压信号生成高电压大电流的激励信号。[0029] 在本发明实施例中,发射电路根据可编程ASIC器件生成的四路发射控制信号,在电压转换电路提供的高电压信号下,输出高压大电流激励信号。具体地,可编程ASIC器件先生成充电控制信号,控制电压转换电路将低电压信号转换成高电压信号,随后,可编程ASIC器件生成四路发射控制信号,控制发射电路根据高电压信号输出具有设定重复频率的高压大电流激励信号。[0030] 电磁超声传感器104,与发射电路相连接,用于根据激励信号生成超声信号,并接收回波信号,其中,所述回波信号为所述超声信号在传播过程中遇到待检结构缺陷和边界时的反射信号。[0031] 在本发明实施例中,电磁超声传感器在发射电路输出的高压大电流激励信号的驱动下产生超声信号,同时,电磁超声传感器还用于接收待检测物边界或内部缺陷对超声信号的反射信号,该反射信号即为超声回波信号,其中,超声回波信号中包含对待检测物的检测信息。[0032] 接收信号调理及采样电路105,与电磁超声传感器和可编程ASIC器件相连接,用于对回波信号进行处理和模数转换,转换后的波形数据点写入可编程ASIC器件内部的存储单元,可选地,写入可编程ASIC器件内部的存储单元的波形数据点可以存入波形数据存储单元。可选地,处理器单元从可编程ASIC器件内部的存储单元中读出波形数据点,与波形数据存储单元中对应位置的数据进行相加,结果重新写入波形数据存储单元中对应位置,并将平均结果传送至波形数据输出接口。[0033] 在本发明实施例中,电磁超声传感器接收到的信号中包括高压大电流激励信号、超声回波信号以及干扰信号,接收信号调理及采样电路用于对电磁超声传感器接收信号进行处理,优选地,接收信号调理及采样电路可以对高压大电流激励信号进行较大幅度的衰减,而对超声回波信号的幅值进行大倍数的放大,并通过滤波对干扰信号进行抑制,然后对处理后的接收信号进行模数转换,将处理后的反射信号转换成数字信号,得到波形数据点,并将波形数据点写入可编程ASIC器件。可选地,当可编程ASIC器件为FPGA时,将接收信号调理及采样电路采样得到的波形数据点写入FPGA内部的存储单元,直到接收电路完成一组信号的采集。[0034] 在本发明实施例中,采用可编程ASIC器件,用于生成多路信号,其中,多路信号包括四路发射控制信号和充电控制信号;电压转换电路,与可编程ASIC器件相连接,用于在接收到充电控制信号时将低电压信号转换成高电压信号;发射电路,与可编程ASIC器件和电压转换电路相连接,用于根据发射控制信号和高电压信号生成高电压大电流的激励信号;电磁超声传感器,与发射电路相连接,用于根据激励信号生成超声信号,并接收超声信号的反射信号;接收信号调理及采样电路,与电磁超声传感器和可编程ASIC器件相连接,用于对反射信号进行处理和采样,得到波形数据点并写入可编程ASIC器件的。与现有技术相比,本发明提供的脉冲激发式电磁超声检测仪达到了在小体积、低功耗和低电压供电的条件下发射高电压、大电流激励信号的目的,从而实现了减小脉冲激发式电磁超声检测仪功耗的技术效果,进而解决了现有电磁超声测厚仪器无法在小体积、低功耗、及低压电池供电的条件下,发射高压大电流的技术问题。

[0035] 可选地,电压转换电路102包括:低压电源1021,用于提供低电压信号;充电控制电路1022,与可编程ASIC器件和低压电源相连接,充电控制电路在接收到充电控制信号时,控制低压电源为高压电容充电;高压电容1023,与充电控制电路和发射电路相连接,经低压电源充电至高电压,为发射电路提供高电压信号。[0036] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,电压转换电路包括低压电源、充电控制电路和高压电容,其中,充电控制电路用于接收可编程ASIC器件生成的充电控制信号,并在接收到充电控信号之后,控制低压电源为高压电容充电,将高压电容充电至高压,从而实现将低电压信号转换至高电压信号,进而为发射电路提供高电压信号。可选地,低压电源可以采用低压电池,高压电容可以采用高压铝电解电容,以实现脉冲激发式电磁超声检测仪的便携式和小型化。[0037] 可选地,发射电路103包括:四路高速隔离电路1031,与可编程ASIC器件相连接,其中,四路高速隔离电路根据四路发射控制信号输出四路模拟输入信号,并对四路发射控制信号与四路模拟输入信号进行隔离,四路模拟输入信号包括第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号,第一组模拟输入信号与第二组模拟输入信号分别包括极性相同的模拟输入信号,所述第一组模拟输入信号与所述第二组模拟输入信号的极性相反;四路电压电流放大电路1032,与四路高速隔离电路相连接,用于将第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号进行放大,得到第一组驱动信号和第二组驱动信号;全桥高压大电流开关电路1033,与多路电压电流放大电路和电压转换电路相连接,其中,电压转换电路为全桥高压大电流开关电路提供高电压信号,全桥高压大电流开关电路根据第一组驱动信号和第二组驱动信号调整运行状态,运行状态包括导通或者截止;高压变压器转换电路1034,与全桥高压大电流开关电路相连接,用于根据全桥高压大电流开关电路的导通或者截止,生成激励信号。[0038] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,发射电路包括四路高速隔离电路、四路电压电流放大电路、全桥高压大电流放大电路和高压变压器转换电路,其中,四路高速隔离电路接收可编程ASIC器件生成的四路发射控制信号,每一路高速隔离电路根据一路发射控制信号生成一路模拟输入信号,从而得到四路模拟输入信号,并且四路模拟输入信号包括第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号,第一组模拟输入信号中包括两路极性相同的信号,第二组模拟输入信号中包括两路极性相同的信号,第一组模拟输入信号的极性与第二组模拟输入信号的极性相反。四路高速隔离电路还用于将发射控制信号与后续的模拟电路进行隔离;四路电压电流放大电路对第一组模拟输入信号和第二组模拟输入信号进行放大得到第一组驱动信号和第二组驱动信号,第一组驱动信号包括两路极性相同的驱动信号,第二组驱动信号包括两路极性相同的驱动信号,第一组驱动信号的极性与第二组驱动信号的极性相反;全桥高压大电流开关电路根据第一组驱动信号和第二组驱动信号将运行状态调整为截止或者导通,高压变压器转换电路根据全桥高压大电流开关电路的运行状态为截止或者导通生成激励信号。[0039] 可选地,全桥高压大电流开关电路包括:第一开关组,与四路电压电流放大电路相连接,在第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时,第一开关组导通;第二开关组,与四路电压电流放大电路相连接,在第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时,第二开关组导通。[0040] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,全桥高压大电流开关包括第一开关组和第二开关组,第一开关组根据第一组驱动信号调整运行状态为截止或者导通,第二组开关组根据第二驱动信号调整运行状态为截止或者导通,其中,当第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时,第一开关组导通,当第二组驱动信号电压满足第二预电压时,第二开关组导通,第一组驱动信号与第二组驱动信号极性相反,当第一开关组导通时,第二开关组截止,当第二开关组导通时,第一开关组截止,当不发射信号时,第一开关组、第二开关组同时处于截止状态。[0041] 可选地,第一开关组包括左臂高端开关和右臂低端开关,在第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时左臂高端开关和右臂低端开关导通;第二开关组包括左臂低端开关和右臂高端开关,在第二组驱动信号的电压满足第二预设电压时左臂低端开关和右臂高端开关导通,当不发射信号时,第一开关组、第二开关组同时处于截止状态。[0042] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,第一开关组包括左臂高端开关和右臂低端开关,第二开关组包括左臂低端开关和右臂高端开关,在第一组驱动信号的电压满足第一预设电压时,左臂高端开关和右臂低端开关同时导通,第二驱动信号满足第二预设电压时,左臂低端开关和右臂高端开关同时导通,由于第一组驱动信号与第二组驱动信号极性相反,在左臂高端开关和右臂低端开关导通时,左臂低端开关和右臂高端开关截止,在左臂低端开关和右臂高端开关导通时,左臂高端开关和右臂低端开关截止,当不发射信号时,第一开关组、第二开关组同时处于截止状态。[0043] 可选地,高压变压器转换电路包括:调谐电路,与左臂高端开关和左臂低端开关的接点相连接;高压变压器,高压变压器的原边的第一端与调谐电路相连接,高压变压器的原边的第二端与右臂高端开关和右臂低端开关的接点相连接,高压变压器副边的第一端接地,高压变压器副边的第二端与电磁超声传感器相连接。[0044] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,高压变压器转换电路包括调谐电路和高压变压器,其中,高压变压器原边绕组的一端经调谐电路连接全桥高压大电流开关电路的左臂低端开关和左臂高端开关的接点,高压变压器原边绕组的另一端接全桥高压大电流开关电路的右臂低端开关和右臂高端开关的接点,高压变压器副边绕组的一端接地,另一端与电磁超声传感器相连接,根据全桥高压大电流开关电路的导通状态或者截止状态,高压变压器向电磁超声传感器提供高压大电流的激励信号。[0045] 可选地,接收信号调理及采样电路105包括:接收信号调理电路1051,与电磁超声传感器相连接,用于对回波信号进行处理,得到处理后的回波信号;模数转换电路1052,与接收信号调理电路相连接,用于对处理后的回波信号进行采样得到波形数据点。[0046] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,接收信号调理及采样电路包括接收信号调理电路和模数转换电路,其中,接收信号调理电路用于对电磁超声传感器的接收信号至少进行限幅、放大及滤波等处理,得到处理后的超声回波信号,模数转换电路对处理后的超声回波信号进行采样得到波形数据点。[0047] 可选地,接收信号调理电路1051包括:限幅电路10511,与电磁超声传感器相连接;低噪声前置放大电路10512,与限幅电路相连接;固定增益放大电路10513,与低噪声前置放大电路相连接;带通滤波电路10514,与固定增益放大电路相连接;第一级程控放大电路

10515,与带通滤波电路相连接;第二级程控放大电路10516,与第一级程控放大电路相连接;低通滤波电路10517,与第二级程控放大电路相连接。

[0048] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,接收信号调理电路包括限幅电路、低噪声前置放大电路、固定增益放大电路、带通滤波电路、第一级程控放大电路和第二级程控放大电路,其中,采用限幅电路对电磁超声传感器接收信号中的高压大电流信号进行较大幅值的衰减,而对微弱的超声回波信号进行大倍数的放大,采用带通滤波器对干扰信号进行抑制,采用低噪声前置放大电路、固定增益放大电路、第一级程控放大电路和第二级程控放大电路分别对反射信号进行放大,采用低通滤波器对反射信号进行抗混淆滤波。[0049] 可选地,多路信号包括增益设定信号和频率选择信号,接收信号调理及采样电路105包括:增益电压设置电路1053,与可编程ASIC器件、第一级程控放大电路和第二级程控放大电路相连接,根据增益设定信号输出两路电压信号,两路电压信号分别设置第一级程控放大电路和第二级程控放大电路的增益;截止频率选择电路1054,与可编程ASIC器件和带通滤波电路相连接,用于根据频率选择信号设置带通滤波电路的截止频率。

[0050] 作为本发明实施例的一个可选的实施方式,接收信号调理及采样电路还包括增益电压设置电路和截止频率选择电路,其中,增益电压设置电路用于确定第一程控放大电路和第二级程控放大电路的放大倍数,截止频率选择电路用于确定带通滤波器的截止频率。具体地,可编程ASIC器件生成多路控制信号还包括增益设定信号和频率选择信号。增益电压设置电路与可编程ASIC器件相连接,根据增益设定信号,调整其输出电压的值,带通滤波器与增益电压设置电路的输出端相连接,增益电压设置电路通过其输出电压确定第一级程控放大电路和第二级程控放大电路的放大倍数,可选地,在本发明实施例的一个优选的实施方式中,前置放大器的增益为20dB,固定增益放大电路的增益为20dB,通过增益电压设置电路的输出电压将第一级程控放大电路和第二级程控放大电路的最大增益均设置为34dB,将其最小增益均设置为4dB,从而使接收信号调理及采样电路的增益选择范围为48dB?

108dB。截止频率选择电路与ASIC器件相连接,截止频率选择电路根据频率选择信号选择带通滤波器的截止频率。

[0051] 可选地,检测仪还包括:处理器单元106,与可编程ASIC器件相连接,用于接收参数,并控制可编程ASIC器件根据参数生成多路信号;波形数据存储单元107,与处理器单元相连接,其中,处理器单元从可编程ASIC器件读取波形数据点,将波形数据点存储在波形数据存储单元中。[0052] 作为本发明实施例的一种可选的实施方式,本发明所提供的脉冲激发式电磁超声检测仪还包括处理器单元和波形数据存储单元,该处理器单元可以采用ARM或者DSP来实现其功能,具体地,该处理器单元与可编程ASIC器件相连接,处理器单元包括参数输入接口,通过参数输入接口接收参数,并根据参数使可编程ASIC器件生成多路控制信号,可选地,当可编程ASIC器件为FPGA时,处理器单元通过参数输入接口接收的参数包括:激励频率和增益,处理器分别将上述参数定入FPGA的激励频率寄存器、增益寄存器和采用频率寄存器,FPGA根据相应的寄存器中的参数值生成相应的控制信号,例如:FPGA根据激励频率寄存器中的激励频率生成相应频率的四路发射控制信号,同时根据截止频率选择信号,以确定带通滤波器的截止频率;根据增益寄存器的值生成增益设定信号,从而确定第一级程控放大电路和第二级程控放大电路的增益。波形数据存储单元与处理器单元相连接,在完成一组信号的采集并将波形数据点写入可编程ASIC器件内部存储单元之后,可编程ASIC器件通知处理器单元读取波形数据点,处理器单元将从可编程ASIC器件内部存储单元中读取到的波形数据点存储在波形数据存储单元中,可选地,波形数据存储单元,可以但不限于采用高速SRAM或者SDRAM等来实现其功能。[0053] 可选地,作为本发明实施例的一种可选的实施方式,在一次检测过程中,脉冲激发式电磁超声检测仪可以进行多次激励,并接收多次超声回波信号,在每一次激励及对回波信号完成采样之后,可编程ASIC器件向处理器发出读取波形数据点的命令,处理器单元从可编程ASIC器件内部存储单元中读取波形数据点,与波形数据存储单元中存储的数据相叠加,再重新存储在波形数据存储单元中,从而实现多次采集的波形数据点的平均。[0054] 在本发明实施例中,采用充电控制电路将高压铝电解电容快速充电到高电压,为全桥高压大电流开关电路提供高压输入信号,从而实现了小体积即可为高压电路提供足够的高压输入信号,同时,采用全桥电路结构以开关放大方式控制高压变压器原边产生大电流的有限周期的激励信号,高压变压器的副边可以为电磁超声传感器提供高压大电流驱动信号,从而实现了小体积仪器即可输出高压大电流激励信号。本发明实施例中,通过限幅电路对进入接收信号调理及采样电路的高压信号进行限幅,同时使微弱的接收信号不失真的通过,并进一步经过低噪声前置放大器、固定增益电路进行放大,在将信号调节至一定电压范围内之后,通过滤波滤除信号中的干扰信号,通过程控放大电路将其放大至有效范围,进而使得采样电路能对接收信号进行模数转换,同时,本发明实施例中的接收信号调理及采样电路还能够有效的抗击高压大电流激励信号的冲击。[0055] 图2是根据本发明实施例的一种可选的脉冲激发式电磁超声检测仪的工作流程图,如图2所示,在本发明实施例中,采用ARM作为处理器单元,采用FPGA作为可编程ASIC器件,采用SRAM作为波形数据存储单元。本发明实施例的脉冲激发式电磁超声检测仪的工作流程主要包括如下步骤:[0056] 步骤S201,开始。通过本发明实施例的脉冲激发式电磁超声检测仪对待测材料进行检测,可选地,该检测仪可以用于检测待测材料的厚度。[0057] 步骤S202,ARM接收参数,将参数写入FPGA。ARM首先通过参数输入接口接收参数,并将参数写入FPGA中,具体地,ARM将平均次数的值作为平均次数全局变量,将激励频率值、增益值通过总线接口写入FPGA对应的激励频率寄存器、增益寄存器中,FPGA根据截止频率选择信号,控制带通滤波器的截止频率,根据增益寄存器的值生成增益设定信号,确定第一级程控放大电路和第二级程控放大电路的增益。将平均寄存器中的值设为1,在当平均寄存器为1时,ARM将SRAM中的存储单元全部清零。[0058] 步骤S203,FPGA控制高压铝电解电容充电。FPGA生成控制信号,控制充电控制电路通过低压电源对高压铝电解电容进行快速充电,将高压铝电解电容充电至高压,从而为全桥高压大电流开关电路提供高电压信号。[0059] 步骤S204,FPGA生成四路发射控制数字信号,并控制发射电路根据四路发射控制数字信号输出激励信号。FPGA根据激励频率寄存器中的激励频率生成四路发射控制信号,通过四路高速隔离电路进行模数隔离并转换成四路模拟信号,并将四路模拟信号输入至四路电压电流放大电路,电压电流放大电路将四路模拟信号进行放大得到四路驱动信号,从而驱动全桥高压大电流开关电路在高压变压器电路的两输入端产生高压大电流的有限周期脉冲信号,进而在变压器的副边产生高压大电流的激励信号。[0060] 电磁超声传感器根据激励信号产生超声,在待测材料进行传播,并接收微弱超声回波信号,将接收信号输出到接收信号调理及采样电路中。接收信号调理及采样电路对接收到的回波信号进行处理及模数转换。限幅电路对接收到的回波信号中的高压大电流信号进行较大幅值的衰减,对微弱电磁超声检测信号进行大倍数的放大,并输入至前置放大器中,由前置放大器对检测信号进行前置放大,由固定增益放大电路进行再次放大,再采用带通滤波电路对干扰信号分别进行衰减,然后分别通过第一级程控放大电路和第二级程控入大电路进行放大,最后采用低通滤波电路进行抗混淆滤波,得到处理后的检测信号,该检测信号为模拟信号。[0061] FPGA在发射4路发射控制数字信号的起始时刻,同步控制采样电路对上述处理后的检测信号进行模数转换得到波形数据点,并依次存入FPGA的内部,直至采集完成一组波形数据点。[0062] 步骤S205,ARM从FPGA中依次读取波形数据点,并从SRAM中读出对应位置的数据与之叠加后,将结果再存入SRAM的对应位置。当一组波形数据点采集完成后,FPGA向ARM发出读取波形数据点的命令,ARM以总线方式从FPGA的内部依次读走一个波形数据点数据,并从SRAM的对应地址单元读出一个数据与之相加后再次写入SRAM的对应的地址单元,直到ARM将全部数据读取完毕,然后ARM将平均寄存器的值加上1。[0063] 步骤S206,判断平均寄存器的值是否等于平均次数全局变量。如果平均寄存器的值不等于平均次数全局变量时,重复步骤S203至步骤S206。[0064] 步骤S207,如果平均寄存器的值等于平均次数全局变量时,ARM将经平均后的波形数据点传送至波形数据输出接口。ARM从波形数据存储单元中读取波形数据点,并通过波形数据输出接口输出,可选地,输出的波形数据可以由显示屏进行显示,也可以通过计算机对波形数据进行分析和处理。[0065] 步骤S208,结束。完成对待测材料的一次检测。[0066] 上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。[0067] 在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。[0068] 在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。[0069] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。[0070] 另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。[0071] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read?OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。[0072] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。



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“脉冲激发式电磁超声检测仪” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究,如用于商业用途,请联系该技术所有人。
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