專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁超聲檢測(cè)技術(shù)，具體是一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，無(wú)需逐點(diǎn)掃查，一次可檢測(cè)一塊平板或一段管道，具有檢測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)。超聲波測(cè)距是一種傳統(tǒng)而實(shí)用的非接觸測(cè)量方法，和激光、渦流和無(wú)線電測(cè)距方法相比，具有不受外界光及電磁場(chǎng)等因素影響的優(yōu)點(diǎn)，在惡劣環(huán)境中也具有一定的適應(yīng)能力，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，因此在工業(yè)控制、建筑測(cè)量、機(jī)器人定位方面得到了廣泛的應(yīng)用。若將電磁超聲和導(dǎo)波技術(shù)整合一體，發(fā)揮其各自的優(yōu)點(diǎn)，那么就可以實(shí)現(xiàn)非接觸的快速檢測(cè)，這在工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。人們期望獲得一種技術(shù)效果優(yōu)良的電磁超聲檢測(cè)探頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、激勵(lì)能力強(qiáng)、接收靈敏度高的特點(diǎn)，可進(jìn)行電力構(gòu)件厚板、輸電鐵塔和大口徑管道等的檢測(cè)。本發(fā)明具體提供了 一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其由發(fā)射傳感器1、發(fā)射電路
2、接收傳感器3、接收放大電路4、回波信號(hào)處理電路5和單片機(jī)控制電路6、電源構(gòu)成；其中發(fā)射傳感器1、發(fā)射電路2、單片機(jī)控制電路6、回波信號(hào)處理電路5、接收放大電路4接收傳感器3分別依次相連接；發(fā)射電路2和接收放大電路4上還分別連接有超聲波發(fā)射頭、超聲波接收頭；其特征在于發(fā)射電路2是一個(gè)工作頻率為40kHz的555時(shí)基集成電路；單片機(jī)控制電路6的主控芯片具體為AT89C52 ;AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52單片機(jī)是主控芯片，用其控制顯示、鍵盤(pán)掃描、報(bào)警、超聲波的發(fā)射機(jī)接收的控制；單片機(jī)控制電路6產(chǎn)生6-16個(gè)40kHz發(fā)射脈沖用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射傳感器1，并激勵(lì)出超聲波在空氣中傳播，遇障礙物反射而返回實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程；接收傳感器3通過(guò)壓電轉(zhuǎn)換的原理，將由障礙物返回的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于該信號(hào)幅度為3-18毫伏，因此須由接收放大電路4進(jìn)行低噪聲放大將回波信號(hào)放大到一定幅度，接收放大電路4具體為40kHz帶通濾波電路，具體使用MX4167高速運(yùn)算放大器；然后通過(guò)回波信號(hào)處理電路5濾除干擾成分，并由回波信號(hào)處理電路5轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，送至單片機(jī)控制電路6進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和距離的控制處理。單片機(jī)根據(jù)脈沖發(fā)射時(shí)間和接收到回波的時(shí)間計(jì)算出時(shí)間差t，即超聲波在空氣中傳播的時(shí)間，并由式(101):S=c*t/2(101)計(jì)算出距離S，式中參數(shù)c是超聲波在空氣中的傳播速度；發(fā)射電路2具體為MAX232單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，以提高發(fā)射功率;MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。MAX232多用于串口通信，起到電平轉(zhuǎn)換的作用，而本設(shè)計(jì)只用到其電平轉(zhuǎn)換，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，提高發(fā)射功率。超聲波發(fā)射頭具體是采用共振頻率為40kHz的TCT40-16探頭，超聲波接收頭具體為RCT40-16探頭。超聲波在空氣中傳播功率及精度與頻率成正比，比較和分幾個(gè)常用超聲波頻率的特點(diǎn)，優(yōu)選取頻率為40kHz ;由單片機(jī)端口輸出40kHz間斷兩路反相方波，此時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，信號(hào)經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片送到超聲波換能器的兩個(gè)電極，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有顯示模塊，其具體是采用SPI通信協(xié)議的N0KIA5110IXD顯示模塊。Nokia5110IXD支持多種串行通信協(xié)議，我們采用SPI通信協(xié)議。SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPI總線系統(tǒng)一般使用4條線:串行時(shí)鐘線SCK、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MIS0、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線CS。SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根 線，事實(shí)上3根也可以(單向傳輸時(shí))。其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)(高電位或低電位)，對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過(guò)數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是SCK時(shí)鐘線存在的原因，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，SDI和SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò)SDO線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變(上沿和下沿為一次)，就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。具體電路圖如圖3所示。所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有數(shù)字溫度傳感器DS18B20和溫度補(bǔ)償
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明利用溫度檢測(cè)電路有效消除了環(huán)境溫度變化對(duì)傳播速度的影響；在盲區(qū)消隱方面，采用延遲接收技術(shù)，有效消除了串繞信號(hào)，進(jìn)一步提高了撿測(cè)的精度及靈敏度。為了克服外界溫度環(huán)境的干擾，我們采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力。溫度傳感器可編程的分辨率為9-12位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，描述該DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9至12位(可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20通過(guò)I線接口，所以單片機(jī)與DS18B20只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線。


圖1電磁超聲探頭的俯視圖(磁鐵頂部碳鋼片未畫(huà)出)；圖2超聲波發(fā)射電路圖；圖3Nokia5110顯示電路部分原理接線圖；圖4電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)處理工藝流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明:實(shí)施例1—種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其由發(fā)射傳感器1、發(fā)射電路2、接收傳感器3、接收放大電路4、回波信號(hào)處理電路5和單片機(jī)控制電路6、電源構(gòu)成；其中:發(fā)射傳感器1、發(fā)射電路2、單片機(jī)控制電路6、回波信號(hào)處理電路5、接收放大電路4接收傳感器3分別依次相連接；發(fā)射電路2和接收放大電路4上還分別連接有超聲波發(fā)射頭、超聲波接收頭；其特征在于:發(fā)射電路2是一個(gè)工作頻率為40kHz的555時(shí)基集成電路；單片機(jī)控制電路6的主控芯片具體為AT89C52 ;AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52單片機(jī)是主控芯片，用其控制顯示、鍵盤(pán)掃描、報(bào)警、超聲波的發(fā)射機(jī)接收的控制；單片機(jī)控制電路6產(chǎn)生6-16個(gè)40kHz發(fā)射脈沖用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射傳感器1，并激勵(lì)出超聲波在空氣中傳播，遇障礙物反射而返回實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程；接收傳感器3通過(guò)壓電轉(zhuǎn)換的原理，將由障礙物返回的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于該信號(hào)幅度為3-18毫伏，因此須由接收放大電路4進(jìn)行低噪聲放大將回波信號(hào)放大到一定幅度，接收放大電路4具體為40kHz帶通濾波電路，具體使用MX4167高速運(yùn)算放大器；然后通過(guò)回波信號(hào)處理電路5濾除干擾成分，并由回波信號(hào)處理電路5轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，送至單片機(jī)控制電路6進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和距離的控制處理。單片機(jī)根據(jù)脈沖發(fā)射時(shí)間和接收到回波的時(shí)間計(jì)算出時(shí)間差t，即超聲波在空氣中傳播的時(shí)間，并由式(101):S=c*t/2(101)計(jì)算出距離S，式中參數(shù)c是超聲波在空氣中的傳播速度；發(fā)射電路2具體為MAX232單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，以提高發(fā)射功率;MAX232芯片是美信公司專(zhuān)門(mén)為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。MAX232多用于串口通信，起到電平轉(zhuǎn)換的作用，而本設(shè)計(jì)只用到其電平轉(zhuǎn)換，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，提高發(fā)射功率。超聲波發(fā)射頭具 體是采用共振頻率為40kHz的TCT40-16探頭，超聲波接收頭具體為RCT40-16探頭。
超聲波在空氣中傳播功率及精度與頻率成正比，比較和分幾個(gè)常用超聲波頻率的特點(diǎn)，優(yōu)選取頻率為40kHz ;由單片機(jī)端口輸出40kHz間斷兩路反相方波，此時(shí)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，信號(hào)經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片送到超聲波換能器的兩個(gè)電極，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有顯示模塊，其具體是采用SPI通信協(xié)議的N0KIA5110IXD顯示模塊。Nokia5110IXD支持多種串行通信協(xié)議，我們采用SPI通信協(xié)議。SPI總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。SPI總線系統(tǒng)一般使用4條線串行時(shí)鐘線SCK、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MIS0、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI和低電平有效的從機(jī)選擇線CS。SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以(單向傳輸時(shí))。其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)(高電位或低電位)，對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過(guò)數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)?。這就是SCK時(shí)鐘線存在的原因，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，SDI和SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò)SDO線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變(上沿和下沿為一次)，就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。具體電路圖如圖3所示。所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有數(shù)字溫度傳感器DS18B20。本實(shí)施例利用溫度檢測(cè)電路有效消除了環(huán)境溫度變化對(duì)傳播速度的影響；在盲區(qū)消隱方面，通過(guò)在軟件上采用延遲接收技術(shù)，有效消除了串繞信號(hào)，進(jìn)一步提高了撿測(cè)的精度及靈敏度。為了克服外界溫度環(huán)境的干擾，我們采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信多點(diǎn)能力。溫度傳感器可編程的分辨率為擴(kuò)12位溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，描述該DS18B20的數(shù)字溫度計(jì)提供9至12位(可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20通過(guò)I線接口，所以單片機(jī)與DS18B20只有一個(gè)一條口線連接。為讀寫(xiě)以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè)DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線。
權(quán)利要求
1.一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其由發(fā)射傳感器(I)、發(fā)射電路(2)、接收傳感器(3)、接收放大電路(4)、回波信號(hào)處理電路(5)和單片機(jī)控制電路(6)、電源構(gòu)成；其中:發(fā)射傳感器(I)、發(fā)射電路(2)、單片機(jī)控制電路(6)、回波信號(hào)處理電路(5)、接收放大電路(4)接收傳感器(3)分別依次相連接；發(fā)射電路(2 )和接收放大電路(4)上還分別連接有超聲波發(fā)射頭、超聲波接收頭；其特征在于: 發(fā)射電路(2)是一個(gè)工作頻率為40kHz的555時(shí)基集成電路；單片機(jī)控制電路(6)的主控芯片具體為AT89C52 ； 單片機(jī)控制電路(6)產(chǎn)生6-16個(gè)40kHz發(fā)射脈沖用于驅(qū)動(dòng)發(fā)射傳感器(1)，并激勵(lì)出超聲波在空氣中傳播，遇障礙物反射而返回實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程； 接收傳感器(3)通過(guò)壓電轉(zhuǎn)換的原理，將由障礙物返回的回波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于該信號(hào)幅度為3-18毫伏，因此須由接收放大電路(4)進(jìn)行低噪聲放大將回波信號(hào)放大到一定幅度，接收放大電路(4)具體為40kHz帶通濾波電路，具體使用MX4167高速運(yùn)算放大器；然后通過(guò)回波信號(hào)處理電路(5)濾除干擾成分，并由回波信號(hào)處理電路(5)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，送至單片機(jī)控制電路(6)進(jìn)行時(shí)間測(cè)量和距離的控制處理； 發(fā)射電路(2)具體為MAX232單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，將40kHz的方波由5V轉(zhuǎn)換成20V，以提高發(fā)射功率； 超聲波發(fā)射頭具體是采用共振頻率為40kHz的TCT40-16探頭，超聲波接收頭具體為RCT40-16 探頭。
2.按照權(quán)利要求1所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其特征在于:所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有顯示模塊， 其具體是采用SPI通信協(xié)議的N0KIA5110IXD顯示模塊。
3.按照權(quán)利要求1或2所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其特征在于:所述電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置中還設(shè)置有數(shù)字溫度傳感器DS18B20和溫度補(bǔ)償裝置。
全文摘要
一種電力鋼構(gòu)件超聲檢測(cè)裝置，其由發(fā)射傳感器(1)、發(fā)射電路(2)、接收傳感器(3)、接收放大電路(4)、回波信號(hào)處理電路(5)和單片機(jī)控制電路(6)、電源構(gòu)成；其中發(fā)射電路(2)是一個(gè)工作頻率為40kHz的555時(shí)基集成電路；單片機(jī)控制電路(6)的主控芯片具體為AT89C52，接收放大電路(4)具體為40kHz帶通濾波電路，具體使用MX4167高速運(yùn)算放大器；發(fā)射電路(2)具體為MAX232單電源電平轉(zhuǎn)換芯片；超聲波發(fā)射頭具體是采用共振頻率為40kHz的TCT40-16探頭，超聲波接收頭具體為RCT40-16探頭。本發(fā)明利用溫度檢測(cè)電路有效消除了環(huán)境溫度變化對(duì)傳播速度的影響；采用延遲接收技術(shù)有效消除了串繞信號(hào)，進(jìn)一步提高了撿測(cè)的精度及靈敏度。
文檔編號(hào)G01N29/07GK103076396SQ20121044936
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月11日
發(fā)明者王玲, 夏泳, 杜科 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 遼寧省電力有限公司本溪供電公司