一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置的制造方法
【專利摘要】一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，超聲波信號檢測模塊有依次串接的：超聲換能器激勵接收電路、多路復用開關、前置增益放大器、可變增益放大器、8路可選檢波濾波電路和高速高精度采樣芯片，數字處理模塊有：分別與中央處理器雙向連接的現場可編程門陣列、鍵盤電路、顯示驅動電路、內存芯片和閃存芯片，鍵盤電路的輸入端依次連接PIC單片機和電池管理電路，顯示驅動電路的輸出端連接LCD顯示屏，超聲波信號檢測模塊中的超聲換能器激勵接收電路、多路復用開關、前置增益放大器、可變增益放大器和8路可選檢波濾波電路的信號輸入端分別連接現場可編程門陣列的信號輸出端，高速高精度采樣芯片的信號輸出端連接現場可編程門陣列的信號輸入端。
【專利說明】
一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種無損檢測裝置。特別是涉及一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置。
【背景技術】
[0002]工業超聲波無損檢測裝置作為超聲波檢測領域的基礎通用設備，被廣泛應用于石油、化工、航天等金屬材料的無損檢測。超聲波無損檢測裝置結構型式多樣，因為操作簡單、攜帶方便、適應場合廣泛而被廣為應用。
[0003]厚度<6mm的金屬薄板是工業生產用的重要原材料。金屬薄板的生產工藝決定了其內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]現行的GB11345-2013《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》標準中規定適用范圍為“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。”
[0005]但現今鋼結構工程中，厚度小于8mm的情況越來越常見，對6mm以內薄板缺陷檢測的需求越來越急切。
[0006]目前，國內外各工業部門對金屬薄板內部質量的無損檢測，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速度快，但存在嚴重的缺陷漏檢。國外宇航工業部門對金屬薄板的無損檢測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部分層性缺陷前沿的超聲散射信號對缺陷進行檢測，而金屬薄板內部缺陷的前沿非常窄，該方法檢測時亦存在較嚴重的缺陷漏檢。
[0007]根據聲學理論基礎，在不考慮介質衰減的情況下，液體介質中超聲波波源附近會有由于波的干涉而出現的一系列聲壓極大極小值的區域，稱為超聲場的近場區，又叫菲涅耳區。
[0008]在近場區進行超聲波探傷對定量是不利的，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，基本都處于超聲場的近場區，因此為避免誤判、漏檢，傳統意義上使用縱波單晶探頭不宜進行薄板焊縫無損檢測。
[0009]但是超聲波探傷在縱波方式對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靈敏度。一般雙晶探頭均采用延遲塊設計，縮短了鋼材中近場區長度，這對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，雜波少盲區小，超聲波能量集中在棱形探測區域內且可通過調節入射角度來調節探測范圍等優點。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高工作速度和工作穩定性，同時降低功耗，減小體積和重量的對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置。
[0011]本發明所采用的技術方案是:一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，是由超聲波信號檢測模塊和數字處理模塊構成，所述的超聲波信號檢測模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭的超聲換能器激勵接收電路、多路復用開關、前置增益放大器、可變增益放大器、8路可選檢波濾波電路和高速高精度采樣芯片，所述的數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場可編程門陣列、鍵盤電路、顯示驅動電路、內存芯片和閃存芯片，其中，所述的鍵盤電路的輸入端依次連接PIC單片機和電池管理電路，所述顯示驅動電路的輸出端連接LCD顯示屏，所述超聲波信號檢測模塊中的超聲換能器激勵接收電路、多路復用開關、前置增益放大器、可變增益放大器和8路可選檢波濾波電路的信號輸入端分別連接所述現場可編程門陣列的信號輸出端，高速高精度采樣芯片的信號輸出端連接所述現場可編程門陣列的信號輸入端。
[0012]所述的超聲換能器激勵接收電路的高壓電源輸入端通過一個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架構中央處理器。
[0015]所述的現場可編程門陣列的信號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接收電路包括有:第一驅動芯片和第二驅動芯片，其中，所述第一驅動芯片和第二驅動芯片的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅動芯片和第二驅動芯片的信號輸入端分別連接現場可編程門陣列的信號輸出端，所述所述第一驅動芯片的驅動信號輸出端通過第一電阻連接第一 MOS管的柵極，所述第二驅動芯片的驅動信號輸出端通過第二電阻連接第二 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管的源極分別通過第一電容接地、通過第二電容接地和通過第三電容接地，所述第二 MOS管的漏極依次通過第三電阻、第四電容和第五電阻連接高壓電源輸入端，還設置有第一?第四二極管，其中，第一二極管和第三二極管的負極共同通過第四電阻接地，以及依次通過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極，第二二極管和第四二極管的正極連接采樣探頭。
[0018]本發明的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，具有如下優點:
[0019]1、高度集成化
[0020]采用當今國際先進和成熟的集成電路技術，如FPGA和CPLD以及專用DSP等技術，不僅大提高了儀器的技術性能、工作速度和穩定可靠性，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，同時有8檔輸出阻尼和8個濾波頻帶可以供切換，使得傳統普通規格的單晶直探頭，斜探頭也能正常工作等等。
[0023]3、低噪聲設計
[0024]完善的電路設計，解決了噪聲干擾問題，使儀器的靈敏度余量大增加。
[0025]4、人工智能技術
[0026]應用人工智能技術，實現儀器和探頭檢驗自動化、波峰自動跟蹤和缺陷位置、大小和當量自動轉換及顯示。
[0027]5、設計和制造模塊化
[0028]采用模塊化設計，儀器的升級和生產方便、可靠。
[0029]6、多工藝設置
[0030]儀器具有多個獨立的探傷通道，各通道可以存儲不同的探傷工藝，可取代多臺探傷儀，節省空間、時間和成本。
[0031]7、全中文提示
[0032]具有中文鍵盤，操作過程中全中文提示，使探傷人員能快速掌握儀器的應用方法。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發明一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置的構成框圖；
[0034]圖2是本發明中超聲換能器激勵接收電路的電路原理圖。
[0035]圖中
[0036]1:中央處理器2:超聲換能器激勵接收電路
[0037]3:多路復用開關4:前置增益放大器
[0038]5:可變增益放大器6:8路可選檢波濾波電路
[0039]7:高速高精度采樣芯片8:現場可編程門陣列
[0040]9:pIC單片機10:電池管理電路[0041 ] 11:顯示驅動電路 12:內存芯片
[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
【具體實施方式】
[0045]下面結合實施例和附圖對本發明的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置做出詳細說明。
[0046]如圖1所示，本發明的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，是由超聲波信號檢測模塊和數字處理模塊構成，所述的超聲波信號檢測模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭18的超聲換能器激勵接收電路2、多路復用開關3、前置增益放大器4、可變增益放大器5、8路可選檢波濾波電路6和高速高精度采樣芯片7，所述高速高精度采樣芯片7采用能夠進行雙通道并發采集的具有雙通道10MHz以上采樣率AD轉換芯片。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接收電路2的高壓電源輸入端HV通過一個升壓芯片連接外部供電電源。所述的數字處理模塊包括:中央處理器I，分別與中央處理器I雙向連接的現場可編程門陣列8、鍵盤電路16、顯示驅動電路11、內存芯片(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(PIC16F系列)9和電池管理電路10，所述顯示驅動電路11的輸出端連接LCD顯示屏13，所述超聲波信號檢測模塊中的超聲換能器激勵接收電路2、多路復用開關
3、前置增益放大器4、可變增益放大器5和8路可選檢波濾波電路6的信號輸入端分別連接所述現場可編程門陣列8的信號輸出端，高速高精度采樣芯片7的信號輸出端連接所述現場可編程門陣列8的信號輸入端。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架構中央處理器。所述的現場可編程門陣列8可以選用賽靈公司的FPGA可CPLD或專用DSP芯片，其信號輸入端還連接第二晶振電路17。
[0047]所述超聲波信號檢測模塊都是數字可控，其功能由中央處理器I通過現場可編程門陣列選擇調節。所述數字處理模塊都在時序電路的協調下工作。
[0048]如圖2所示，所述的超聲換能器激勵接收電路2包括有:第一驅動芯片U316和第二驅動芯片U317，其中，所述第一驅動芯片U316和第二驅動芯片U317的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅動芯片U316和第二驅動芯片U317的信號輸入端分別連接現場可編程門陣列8的信號輸出端，所述所述第一驅動芯片U316的驅動信號輸出端通過第一電阻R347連接第一 MOS管Q301的柵極，所述第二驅動芯片U317的驅動信號輸出端通過第二電阻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的源極分別通過第一電容C312接地、通過第二電容C313接地和通過第三電容C314接地，所述第二 MOS管Q300的漏極依次通過第三電阻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的負極共同通過第四電阻R304接地，以及依次通過第四電容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]本發明的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，能適應20M雙晶探頭，應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，本發明還8檔輸出阻尼和8個濾波頻帶可以供切換，使得傳統普通規格的單晶直探頭，斜探頭也能正常工作。即本發明能夠支持高達20MHz雙晶探頭的濾波頻帶，及高達210MHz的回波采樣頻率，通過改變入射角度，采樣探頭18能夠將超聲波能量集中在棱形探測區域薄板中的缺陷，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。
【主權項】
1.一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，是由超聲波信號檢測模塊和數字處理模塊構成，所述的超聲波信號檢測模塊包括有依次串接的:連接采樣探頭(18)的超聲換能器激勵接收電路(2)、多路復用開關(3)、前置增益放大器(4)、可變增益放大器(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)雙向連接的現場可編程門陣列(8)、鍵盤電路(16)、顯示驅動電路(11)、內存芯片(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(9)和電池管理電路(10)，所述顯示驅動電路(11)的輸出端連接LCD顯示屏(13)，所述超聲波信號檢測模塊中的超聲換能器激勵接收電路(2)、多路復用開關(3)、前置增益放大器(4)、可變增益放大器(5)和8路可選檢波濾波電路(6)的信號輸入端分別連接所述現場可編程門陣列(8)的信號輸出端，高速高精度采樣芯片(7)的信號輸出端連接所述現場可編程門陣列(8)的信號輸入端。2.根據權利要求1所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，所述的超聲換能器激勵接收電路(2)的高壓電源輸入端(HV)通過一個升壓芯片連接外部供電電源。3.根據權利要求1所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，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.根據權利要求1或3所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，所述的中央處理器(I)選用ALTERA公司的ARM9架構中央處理器。5.根據權利要求1所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，所述的現場可編程門陣列(8)的信號輸入端還連接第二晶振電路(17)。6.根據權利要求1所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，所述的采樣探頭(18)為1M?20M雙晶探頭。7.根據權利要求1所述的一種對薄板缺陷進行超聲波無損檢測的裝置，其特征在于，所述的超聲換能器激勵接收電路(2)包括有:第一驅動芯片(U316)和第二驅動芯片(U317)，其中，所述第一驅動芯片(U316)和第二驅動芯片(U317)的電源輸入端均連接1V電路電源，所述第一驅動芯片(U316)和第二驅動芯片(U317)的信號輸入端分別連接現場可編程門陣列(8)的信號輸出端，所述所述第一驅動芯片(U316)的驅動信號輸出端通過第一電阻(R347)連接第一 MOS管(Q301)的柵極，所述第二驅動芯片(U317)的驅動信號輸出端通過第二電阻(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)的源極分別通過第一電容(C312)接地、通過第二電容(C313)接地和通過第三電容(C314)接地，所述第二MOS管(Q300)的漏極依次通過第三電阻(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)的負極共同通過第四電阻(R304)接地，以及依次通過第四電容(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】G01N29/04GK105954354SQ201610279208
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】蔣仕良, 張家平, 田亞團, 李 杰, 賀颯颯, 王智杰, 周翔, 孫昱, 呂馳, 張培俊
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 南通友聯數碼技術開發有限公司