多通道電磁超聲測厚系統的制作方法

本發明屬于管道厚度測量技術領域，具體地涉及多通道電磁超聲測厚系統。

背景技術：

管道(或板材)厚度精確快速測量具有廣泛的應用前景。電磁超聲測厚具有無需耦合劑、非接觸、耐高溫等特點,得到了眾多學者關注。S.Dixon等設計了一種電磁超聲測厚系統,可用于鋁板測厚,精度達0.2%；曹建海等設計了基于MCS-51 單片機的電磁超聲測厚系統,測量精度達到0.5%；劉天華等開發了一套EMAT測距測厚系統,測量精度達到0.1mm,可用于在線測量火車車輪輪緣、鋼板厚度；段偉亮等設計了基于FPGA的電磁超聲測厚系統,分辨力可達0.1m。但以上研究均為單通道測厚,對管道全覆蓋快速掃描存在局限。

技術實現要素：

本發明就是針對上述對管道全覆蓋快速掃描存在局限性的問題，彌補現有技術的不足，提供多通道電磁超聲測厚系統；本發明實現多通道超聲回波數據的高速采集、運算、存儲、顯示等功能，具有高性能、低成本、體積小、低功耗的特點。

為實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案。

本發明多通道電磁超聲測厚系統，包括電磁超聲換能器、電磁超聲測厚儀、上位機；其結構要點是：所述電磁超聲測厚儀包括信號激勵與接收模塊、信號處理模塊、顯示模塊，所述信號激勵與接收模塊與信號處理模塊相互連接，信號處理模塊的輸出端連接顯示模塊；所述電磁超聲測厚儀的信號激勵與接收模塊的輸入端連接電磁超聲換能器的信號輸出端，所述信號處理模塊與上位機相互連接；所述信號激勵模塊包括脈沖信號發生電路、驅動電路、MOS管、發射脈沖產生電路，脈沖信號發生電路連接驅動電路，驅動電路連接MOS管，MOS管連接發射脈沖產生電路，所述MOS管的集電極端連接高壓電源。

作為本發明的一種優選方案，所述信號處理模塊采用ARM(STM32F407ZGT6)與FPGA(EP3C16Q240C8N)構成。

作為本發明的另一種優選方案，所述電磁超聲換能器采用4張數據采集板卡級聯構成，所述每張數據采集板卡包括4個通道。

本發明的有益效果是。

1、本發明提供多通道電磁超聲測厚系統，所述電磁超聲測厚系統采用ARM 與FPGA控制系統運行,采用電磁超聲換能器產生超聲波,實現多通道超聲回波數據的高速采集、運算、存儲、顯示等功能。本發明具有高性能、低成本、體積小、低功耗的特點；所述上位機軟件使用基于UDP協議的網絡通信實現上位機與測厚系統的連接,數據傳輸效率高,實時性好。軟件完成超聲回波信號的處理和顯示管道厚度變化的監測等功能,適合自動化測厚應用。通過網絡接口通信,方便遠程監控功能的測厚系統開發,具有較為廣闊的應用前景。

2、本發明采用多張數據采集板卡級聯構成技術來實現16通道以上的多通道電磁超聲測厚,系統結構簡單,可通過上位機完成系統參數的設置、超聲回波顯示和厚度監測等功能；本發明測厚精度高,能實現管道的快速自動化測厚。

附圖說明

圖1是本發明多通道電磁超聲測厚系統的總體架構圖。

圖2是本發明多通道電磁超聲測厚系統的信號激勵模塊電路連接圖。

圖3是本發明多通道電磁超聲測厚系統的詳細硬件結構框圖。

圖4是本發明多通道電磁超聲測厚系統的程序流程圖。

具體實施方式

結合圖1和圖2所示，本發明包括電磁超聲換能器、電磁超聲測厚儀、上位機；其結構要點是：所述電磁超聲測厚儀包括信號激勵與接收模塊、信號處理模塊、顯示模塊，所述信號激勵與接收模塊與信號處理模塊相互連接，信號處理模塊的輸出端連接顯示模塊；所述電磁超聲測厚儀的信號激勵與接收模塊的輸入端連接電磁超聲換能器的信號輸出端，所述信號處理模塊與上位機相互連接；所述信號激勵模塊包括脈沖信號發生電路、驅動電路、MOS管、發射脈沖產生電路，脈沖信號發生電路連接驅動電路，驅動電路連接MOS管，MOS管連接發射脈沖產生電路，所述MOS管的集電極端連接高壓電源。

所述信號處理模塊采用ARM(STM32F407ZGT6)與FPGA(EP3C16Q240C8N)構成。本發明將ARM高效的處理能力與FPGA配置靈活的特點結合起來，所述ARM通過PS方式配置FPGA,實現電磁超聲測厚儀的信號實時采集、高速處理及測量結果顯示等功能。

所述電磁超聲換能器采用4張數據采集板卡級聯構成，所述每張數據采集板卡包括4個通道。

如圖3所示，為本發明多通道電磁超聲測厚系統的詳細硬件結構框圖。從圖中可看出，硬件結構由主控制板與多通道電磁超聲換能器構成，其中主控制板包括外圍設備、ARM、FPGA，所述外圍設備包括PC接口、外圍I/O接口、液晶顯示屏；所述ARM分別與外圍設備、FPGA相互連接，所述FPGA通過網絡與上位機通信，FPGA的信號輸出端連接多通道電磁超聲換能器的4張數據采集板卡的輸入端。

本發明所述上位機與電磁超聲測厚儀之間的通信軟件采用Visual C++ 6.0 作為開發工具,利用基于UDP協議的Socket網絡編程實現與測厚儀的通信。UDP 協議與TCP 協議相比,數據傳輸效率更高,實時性更好,能適應電磁超聲測厚通信高速大量數據傳輸的需求；上位機創建套接字,綁定本地IP及端口,設定服務器端(即測厚儀)IP及端口,即可開始通信。上位機將控制指令以數據報的形式發送給服務器端。

參見圖4所示，為本發明多通道電磁超聲測厚系統的程序流程圖。所述上位機和測厚儀建立連接后,可在軟件界面上選擇顯示各通道超聲回波波形,根據波形調整厚度計算相關的參數和設置,或直接調取之前保存的參數文件,避免每次開機逐個設置儀器通道參數；參數設置完成后進行標定,對被測件的厚度設置上下門限。在檢測過程中,被測件厚度變化過大超出門限設置的范圍則報警并標記。整個檢測過程的數據保存在文件中,方便以后讀取和細化分析。多通道獲取信號后可進行融合處理得到更準確的厚度。

可以理解的是，以上關于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。