專利名稱：一種受控式多通道超聲波探傷裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)超聲波探傷領(lǐng)域，特別涉及一種受控式多通道超聲波探傷裝置。
背景技術(shù)：
多通道超聲波探傷儀廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化超聲波探傷中。多通道儀器有一種用法是在一個探傷周期中，不是所有通道都工作一次，而是通過傳感器信號決定特定的通道工作，不同探傷周期可以由不同探頭工作。例如，在車輪在線多通道探傷中，鋼軌兩側(cè)安裝有數(shù)百個探頭，只有車輪通過位置的探頭工作，當(dāng)車輪通過探傷區(qū)后，所有探頭都完成了探傷工作。以車輪在線多通道探傷為例，對于這種用法的傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置包含車輪位置傳感模塊、前置多通道發(fā)射接收模塊和探傷儀主機，前置多通道發(fā)射接收模塊和車輪位置傳感模塊安裝在鋼軌和探頭附近，通過信號線與探傷儀主機連接。工作過程是當(dāng)車輪通過某個探頭時，被對應(yīng)該探頭的傳感器探測，并把探測信號傳輸?shù)教絺麅x主機，再由主機控制多通道發(fā)射接收模塊選擇對應(yīng)通道工作，完成探傷工作。在這種裝置中，探傷儀發(fā) 射接收電路模塊和傳感器探測電路模塊是獨立與探傷儀主機連接的。從工作時間上來看，首先是傳感器信號傳輸?shù)街鳈C，再由主機把工作通道信號傳回到前端的多通道發(fā)射接收模塊。并且這兩種信號均為數(shù)字信號，通常采用的數(shù)字信號輸入輸出模塊的傳輸時間都在10us/bit以上。這種傳統(tǒng)裝置在使用中存在兩個問題(1)需要兩組數(shù)字信號傳輸線，增加了裝置的復(fù)雜性，降低了裝置的可靠性。(2)數(shù)字信號的往復(fù)傳輸占用了大部分探傷時間，降低了探傷速度，相應(yīng)地也限制了探傷中列車的行駛速度。本發(fā)明采用的是一種受控式多通道超聲波探傷裝置，把傳感器探測電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來，由傳感器探測信號直接控制多通道發(fā)射接收，可以有效地解決上述兩個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，把傳感器探測電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來，根據(jù)傳感器探測到的狀態(tài)直接控制對應(yīng)探頭工作，然后把工作探頭的序號加載到探頭接收的超聲波模擬信號上，通過模擬信號線傳輸?shù)教絺麅x主機，解決傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置需要數(shù)字信號輸入輸出線路、探傷速度低等問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，如圖I所示一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個探頭I和對應(yīng)的至少一個傳感器2連接前端電路14，通過模擬信號傳輸線8連接后端電路15。所述的探頭I、傳感器2與前端電路14連接，前端電路14包括與探頭I連接的發(fā)射接收電路3、與傳感器2連接的傳感器探測電路4，發(fā)射接收電路3和傳感器電路4與前置FPGA電路5連接，發(fā)射接收電路3接收的超聲信號輸出與超聲信號放大電路6連接，超聲信號放大電路6和探頭序號編碼電路7連接。所述的后端電路15中的可控增益放大電路9通過模擬信號傳輸線8與前端電路14中的探頭序號編碼電路7連接，可控增益放大電路9與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11、主控FPGA電路10之間連接，主控FPGA電路10與探傷儀CPU及總線接口電路12連接。前端電路14中把傳感器探測電路4輸出信號直接輸入到前置FPGA電路5，再由前置FPGA電路5確定對應(yīng)探頭I的相應(yīng)發(fā)射接收電路3工作，同時由前置FPGA電路5控制探頭序號編碼電路7產(chǎn)生編碼方波與超聲信號放大電路6的輸出信號合成，通過模擬信號傳輸線8輸入到后端電路15的可控增益放大電路9中，合成信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11生成數(shù)字信號，然后通過探傷儀CPU及總線接口電路12的控制程序的探頭序號解碼算法13得到探頭的序號和對應(yīng)探頭的超聲信號，實現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。一種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號采集的時間稱為一個工作周期，把一個周期的時間分為掃描控制時段和接收傳輸時段，包含以下步驟I)在掃描控制時段,前置FPGA電路5通過掃描各個傳感器探測電路4的輸出信號決定哪一路發(fā)射接收電路3工作，由對應(yīng)探頭I發(fā)射超聲波，完成掃描控制時段工作；
2)在接收傳輸時段，從工件內(nèi)部返回的超聲信號由發(fā)射接收電路3接收，通過超聲信號放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號編碼電路7輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線8上，再通過可控增益放大電路9接收超聲信號，放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11把探頭序號編碼信號和超聲信號數(shù)字化，并通過主控FPGA電路10傳輸?shù)教絺麅xCPU及總線接口電路12中，完成接收傳輸時段。所述的完成超聲信號接收傳輸時段后，對數(shù)字化的超聲信號和探頭序號編碼信號通過算法13進行解碼，把數(shù)字化超聲信號與探頭一一對應(yīng)。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，只有在傳感器2探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態(tài)下。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，是從時序上來講儀器在被動受控狀態(tài)下工作，進一步包括以下步驟A),儀器開始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號階段18 ;當(dāng)探測到某一傳感器2工作信號后，選擇對應(yīng)探頭I的發(fā)射接收電路3，然后產(chǎn)生一個標志信號19和探頭序號編碼信號20，并在一個固定時間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號21，使發(fā)射電路3產(chǎn)生超聲波22 ；B)，后端電路15接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11進行數(shù)字化，再利用探頭序號解碼算法13得到探頭序號和超聲信號；C)，然后前置FPGA電路5又進入掃描傳感器信號階段18，等待下一個工作周期。本發(fā)明受控式多通道超聲波探傷裝置不需要使用傳感器信號到探傷儀主機和探傷儀主機到超聲波發(fā)射接收電路之間的數(shù)字信號傳輸線路，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。


圖I是本發(fā)明受控式多通道超聲波探傷裝置前后端電路工作原理框圖。圖2是本發(fā)明中的傳輸信號時序圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步描述本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不受這些實施例的限制，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書中提出。參見附圖1，通常情況下，由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷裝置由探頭I、傳感器2、發(fā)射接收電路3、傳感器探測電路4、前置FPGA電路5、超聲信號放大電路6、可控增益放大電路9、主控FPGA電路10、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11和探傷儀CPU及總線接口電路12組成。在工業(yè)自動超聲探傷中，通常把發(fā)射接收電路3、前置FPGA電路5、超聲信號放大電路6設(shè)計成一個模塊，把傳感器探測電路4設(shè)計成另一個模塊，兩個模塊都安裝在與探頭I、傳感器2和工件相鄰的如端電路14,其余部分設(shè)計在后端電路15的探傷僅王機中。如后端電路部分除了使用模擬信號傳輸線8傳輸超聲信號外，還需要若干條數(shù)字信號傳輸線傳輸從傳感器探測電路到探傷儀主機和從探傷儀主機到超聲波發(fā)射接收電路的控制信號。本發(fā)明在前端電路14中把傳感器探測電路4和前置FPGA電路5與超聲波發(fā)射接 收電路3結(jié)合起來設(shè)計成一個模塊，增加了探頭序號編碼電路7，在前置FPGA電路5控制下產(chǎn)生的探頭序號編碼方波信號加載到傳輸超聲信號的模擬信號傳輸線8上，在后端電路15中把模擬信號數(shù)字化后，利用探頭序號解碼算法13，把接收到的超聲信號與探頭一一對應(yīng)起來，實現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號采集的時間稱為一個工作周期。把一個周期的時間分為掃描控制時段和接收傳輸時段。在掃描控制時段，前置FPGA電路5通過掃描各個傳感器探測電路4的輸出信號決定哪一路發(fā)射接收電路3工作，由對應(yīng)探頭I發(fā)射超聲波，完成掃描控制時段工作。在接收傳輸時段，從工件內(nèi)部返回的超聲信號由發(fā)射接收電路3接收，通過超聲信號放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號編碼電路7輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線8上，再通過可控增益放大電路9接收超聲信號，放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11把超聲信號數(shù)字化，并通過主控FPGA電路10傳輸?shù)教絺麅xCPU12中，完成接收傳輸時段。參見附圖I和2，其中，圖2的說明16掃描控制時段，17接收傳輸時段，18掃描傳感器信號，19標志信號，20探頭序號編碼信號，21超聲波觸發(fā)信號，22超聲波信號。探傷儀中各部分工作的流程是儀器開始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號階段18 ;當(dāng)探測到某一傳感器2工作信號后，選擇對應(yīng)探頭I的發(fā)射接收電路3,然后產(chǎn)生一個標志信號19和探頭序號編碼信號20,并在一個固定時間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號21，使發(fā)射電路3產(chǎn)生超聲波22 ;后端電路15接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路11進行數(shù)字化，再利用探頭序號解碼算法13得到探頭序號和超聲信號。然后前置FPGA電路5又進入掃描傳感器信號階段18，等待下一個工作周期。從時序上來講，儀器工作在被動受控狀態(tài)工作狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果在于多通道超聲波探傷儀把傳感器探測電路與超聲波前端發(fā)射接收電路結(jié)合起來，不需要使用數(shù)字信號傳輸控制信號，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。
以上參照附圖對本申請的示例性的實施方案進行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述實施方案僅僅是為了說明的目的而所舉的示例，而不是用來進行限制，凡在本申請的 教導(dǎo)和權(quán)利要求保護范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本申請要求保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，由至少ー個探頭(I)和對應(yīng)的至少ー個傳感器(2 )連接前端電路(14 )，通過模擬信號傳輸線(8 )連接后端電路(15 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在干，所述的探頭(I )、傳感器(2)與前端電路(14)連接，前端電路(14)包括與探頭(I)連接的發(fā)射接收電路(3 )、與傳感器(2 )連接的傳感器探測電路(4 )，發(fā)射接收電路(3 )和傳感器電路(4 )與前置FPGA電路(5)連接，發(fā)射接收電路(3)接收的超聲信號輸出與超聲信號放大電路(6)連接，超聲信號放大電路(6)和探頭序號編碼電路(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，所述的前端電路(14)中的探頭序號編碼電路(7)與后端電路(15)中的可控增益放大電路(9)通過模擬信號傳輸線(8 )連接，可控增益放大電路(9 )與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)、主控FPGA電路(10 )之間連接，主控FPGA電路(10)與探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，前端電路(14)中把傳感器探測電路(4)輸出信號直接輸入到前置FPGA電路(5)，再由前置FPGA電路(5)確定對應(yīng)探頭(I)的相應(yīng)發(fā)射接收電路(3)工作，同時由前置FPGA電路(5)控制探頭序號編碼電路(7)產(chǎn)生編碼方波與超聲信號放大電路(6)的輸出信號合成,通過模擬信號傳輸線(8)輸入到后端電路(15)的可控增益放大電路(9)中，合成信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)生成數(shù)字信號，然后通過探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)的控制程序的探頭序號解碼算法得到探頭的序號和對應(yīng)探頭的超聲信號，實現(xiàn)受控式多通道超聲波探傷。
5.基于權(quán)利要求I所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發(fā)射、接收和超聲信號采集的時間稱為ー個工作周期，把ー個周期的時間分為掃描控制時段和接收傳輸時段，其特征在于，包含以下步驟 1)、在掃描控制時段，前置FPGA電路(5)通過掃描各個傳感器探測電路(4)的輸出信號決定由其中一路發(fā)射接收電路(3)工作，并由對應(yīng)探頭(I)發(fā)射超聲波，完成掃描控制時段工作； 2)、在接收傳輸時段，從エ件內(nèi)部返回的超聲信號由發(fā)射接收電路(3)接收，通過超聲信號放大電路(6)放大后，與由前置FPGA電路(5)控制生成的探頭序號編碼電路(7)輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線(8)上，再通過可控増益放大電路(9)接收超聲信號，放大后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)把探頭序號編碼信號和超聲信號數(shù)字化，并通過主控FPGA電路(10)傳輸?shù)教絺麅xCPU及總線接ロ電路(12)中，完成接收傳輸時段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的完成超聲信號接收傳輸時段后，對數(shù)字化的超聲信號和探頭序號編碼信號通過算法進行解碼，把數(shù)字化超聲信號與探頭一一對應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，只有在傳感器(2)探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態(tài)下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在干，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，是從時序上來講裝置在被動受控狀態(tài)下工作，進ー步包括以下步驟:A)，裝置開始工作后，前端電路(14)中前置FPGA電路(5)工作在掃描傳感器信號階段(18);當(dāng)探測到某一傳感器(2)工作信號后，選擇對應(yīng)探頭(I)的發(fā)射接收電路(3 )，然后產(chǎn)生一個標志信號(19 )和探頭序號編碼信號(20 )，并在一個固定時間后產(chǎn)生超聲波觸發(fā)信號(21)，使發(fā)射電路(3)產(chǎn)生超聲波(22)； B)，后端電路(15)接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(11)進行數(shù)字化，再利用探頭序號解碼算法(13)得到探頭序號和超聲信號； C)，然后前置FPGA電路(5)又進入掃描傳感器信號階段(18)，等待下一個工作周期。
全文摘要
本發(fā)明把傳感器探測電路和多通道發(fā)射接收電路結(jié)合起來，根據(jù)傳感器探測到的狀態(tài)直接控制對應(yīng)探頭工作，然后把工作探頭的序號加載到探頭接收的超聲波模擬信號上，通過模擬信號線傳輸?shù)教絺麅x主機，提供一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個探頭(1)和對應(yīng)的至少一個傳感器(2)連接前端電路(14)，通過模擬信號傳輸線(8)連接后端電路(15)。不需要使用數(shù)字信號線傳輸多通道探傷控制信號，簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。解決傳統(tǒng)多通道超聲波探傷裝置需要數(shù)字信號輸入輸出線路、探傷速度低等問題。
文檔編號G01N29/04GK102854249SQ20121036770
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者滕永平, 吳迪, 張樂 申請人:北京交通大學(xué), 北京波易達成像技術(shù)有限公司