CN101694994A - 板中超声换能器阵列激励接收多通道可控开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道可控开关，该可控开关主要用于板结构兰姆波无损检测中换能器阵列的激励接收自动切换控制，以简化板结构中换能器阵列兰姆波检测过程，提高检测效率。该开关包括电源、并行口、第一电压比较器、第二电压比较器、保护电路、信号激励通道、信号接收通道和继电器，继电器与超声换能器阵列中的阵元一一对应连接。计算机发出八位二进制信号给并行口，并行口输出的低四位控制信号激励通道，高四位控制信号接收通道，激励通道和接收通道均通过继电器与阵元相连。这种可控开关能够通过软件控制换能器阵列中各阵元组合的激励/接收工作状态，自动完成兰姆波检测。简化板结构兰姆波检测试验过程，提高检测效率。

Description

板中超声换能器阵列激励接收多通道可控开关

技术领域

本发明涉及一种多通道可控开关，该可控开关主要用于板结构兰姆波无损检测中换能器阵列的激励接收自动切换控制，以简化板结构中换能器阵列兰姆波检测过程，提高检测效率。

背景技术

为解决压力容器等板结构大范围无损检测问题，可以采用由多个点阵元组成的环形换能器阵列，分别由换能器阵列中的各个阵元依次作为激励，其它阵元作接收换能器，采集板结构各个特征体(如缺陷、边缘)的超声回波信息。通过对各换能器阵元组合接收到回波信号进行虚拟聚焦软件处理，实现对板上换能器阵列周围大范围内缺陷的检测定位。

兰姆波检测试验中，环形换能器阵列在板中的布置形式如图1所示。N个点阵元(图中为8个，下面以其为例进行说明)组成的环形阵列粘贴(压电陶瓷片)或吸附(电磁超声换能器)在板上。检测过程中，一般首先将阵元1与激励/接收卡输出端相连作为激励端，阵元2-8依次与激励/接收卡的接收通道端相连作为接收端采集7组回波信号，然后阵元2作为激励端，阵元1，3-8作为接收端再采集7组信号，….，其后依次进行其它所有阵元组合的激励接收试验。同时，基于超声检测的互易原理，无需进行同一对换能器阵元的激励接收互换试验。因此，N个阵元组成的换能器阵列共采集到N(N-1)组回波信号。在原有条件下，每进行一对换能器阵元组合的超声检测试验，就需要进行一次激励阵元与激励/接收卡输出端的连接以及接收阵元与激励/接收卡的输入端的连接。因此，检测过程中需要多次(N(N-1)次)拆装换能器阵列与激励/接收卡的输入端和输出端的连线，检测过程繁琐，检测效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现换能器阵元激励/接收切换的可控开关。这种可控开关能够通过软件控制换能器阵列中各阵元组合的激励/接收工作状态，自动完成兰姆波检测，简化板结构兰姆波检测试验过程，提高检测效率。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本开关装置包括电源、与计算机相连接的并行口、第一电压比较器、第二电压比较器、保护电路、信号激励通道、信号接收通道和用于与超声换能器阵列中的阵元一一对应相连接的信号通道。其中：并行口分别与第一电压比较器和第二电压比较器相连，第一电压比较器和第二电压比较器又分别与保护电路的输入端相连，计算机发出八位二进制信号给并行口，从并行口输出的信号分为两部分，低四位控制信号激励通道，高四位控制信号接收通道，低四位信号和高四位信号先经过第一电压比较器和第二电压比较器后送给保护电路，当低四位信号和高四位信号相同时保护电路不输出任何信号，当低四位信号和高四位信号不同时，低四位信号控制信号激励通道，高四位信号控制信号接收通道；

所述的信号激励通道包括激励通道显示部分和激励通道控制部分，所述的激励通道显示部分包括依次连接的第一全加译码器、第一数码管驱动芯片和第一数码管，所述的激励通道控制部分包括第一多路复用器，第一多路复用器的输入端与保护电路相连，接收并行口输出的低四位信号，第一多路复用器的输出端作为激励通道的输出端T；

所述的信号接收通道包括接收通道显示部分和接收通道控制部分，所述的接收通道显示部分包括依次连接的第二全加译码器、第二数码管驱动芯片和第二数码管，所述的接收通道控制部分包括第二多路复用器，第二多路复用器17的输入端与保护电路相连，接收并行口输出的高四位信号，第二多路复用器17的输出端作为激励通道的接收端R；

第一多路复用器和第二多路复用器的每个信号通道分别和相对应的同一个继电器相连，继电器与阵元相连，具体为：第一多路复用器的信号通道与继电器的常闭触点相连，第二多路复用器的信号通道与继电器的常开触点相连，继电器的线圈两端的电压由一个译码器来控制，译码器的输入信号为第二多路复用器接收的高四位信号，继电器的衔铁与超声换能器阵列中的阵元相连接的信号通道相连；

电源为以上各部分提供电源。

计算机并口线连接计算机与本开关装置，计算机通过对并口数据位的控制，自动使相应的换能器与激励/接收卡的激励端与接收端连通，并在开关的数码管显示部分显示作为激励与接收的传感器序号。这时就可以采集一组信号，然后再通过软件选择另一种激励接收传感器组合，采集另一组信号。开关通过相应接口与传感器及激励/接收卡相连，通过并行口与计算机相连。

本发明中的开关装置，在采集信号时，可以快速方便的切换通道，省去在多组数据采集中手动拆装连线，并且所用于激励和接受的通道序号可以清楚的显示，便于操作者观察，因而显著的提高了板检测中信号采集的效率。

附图说明

图1：传统的超声导波检测方法装置原理图

图2：本发明的超声导波检测装置原理图

图3：本发明的组成示意图

图4：继电器管脚示意图

图5：本发明的电源模块示意图

图6：保护电路原理图

图7：本发明的通道切换原理图

图中：1、信号激励/接收卡，2、功率放大器，3、计算机，4、超声换能器阵列，5、待检测板，6、待检测板上的缺陷，7、本发明中的多通道切换开关，其中a～h为切换开关的信号通道，T为信号激励端，R为信号接收端，8、电源，9、并行口，10、第一电压比较器，11、第二电压比较器，12、保护电路，13、第一全加译码器，14、第一数码管驱动芯片，15、第一数码管，16、第一多路复用器，17、第二多路复用器，18、第二全加译码器，19、第二数码管驱动芯片，20、第二数码管，21、第一继电器，22、第N个继电器。

具体实施方式

下面结合图2～图7说明本发明中的开关装置作进一步的说明：

如图3所示，本实施例包括电源8、用于与计算机3相连接的并行口9、第一电压比较器10、第二电压比较器11、保护电路12、信号激励通道、信号接收通道和八个继电器，八个继电器与超声换能器阵列中的阵元一一对应连接。

保护电路包括一个D触发器和一个4位的电压比较器。计算机3发出八位二进制信号，通过计算机3和可控开关相连的并口线传输给可控开关的并行口9。并行口的引脚2～5脚为低四位，分别与第一电压比较器(LM324)的四个输入引脚3、5、10、12相连，并行口的引脚6～9脚为高四四位分别与第二电压比较器(LM324)的四个输入引脚3、5、10、12相连。第一电压比较器的四个输出端与4位电压比较器(74LS85)的四个输入端A₀～A₃相连，第二电压比较器的四个输出端与4位电压比较器(74LS85)的四个输入端B₀～B₃相连。74LS85的第6引脚为输出A＝B，把此引脚与D触发器的输出控制端(引脚1)相连，此时，当激励端与接收端的序号一样时，D触发器输出控制端为高电平，不管使能端是否起作用，D触发器输出端就会为高阻状态，即芯片不工作，从而实现了保护后续电路的安全。经过保护电路后输出的信号分为两部分，并行口9输出的低四位D₃～D₀控制信号激励通道，高四位D₇～D₄控制信号接收通道。激励信号(低四位信号0000)从保护电路输出分为两路，一路传送到4-16线全加译码器，将数值加1，再传给第一数码管驱动芯片，用以显示激励的通道号。根据逻辑关系，二进制数“0000～1111”对应的十进制数为“0～15”，而我们需要在数码管上显示“1～16”。因此，显示时需要加“1”，将加1之后的二进制数所对应的十进制数显示在第一数码管上，给用户以直观的显示哪个通道为激励通道。

第二路激励信号(0000)首先到达第一多路复用器16，本实施例中的第一多路复用器16选用的是MPC506A，第一多路复用器16有4位信号输入端，分别控制16个信号通道，还有一个信号输出端。第一多路复用器的信号输出端与本实施例中的切换开关的信号激励通道T相连。

接收信号(高四位信号0001)从保护电路输出分为两路，一路传送到第二全加译码器18，将数值加1，再传给第二数码管驱动芯片19，在数码管20显示为“2”，显示哪个通道为接收通道。另二路激励信号首先到达第二多路复用器17，也具有与第一多路复用器相同的功能。第二多路复用器的信号输出端与本实施例中切换开关的信号接收通道R相连。

本实施例中的继电器选用的是欧姆龙G6A-274P-ST-US 5VDC，其管脚示意图如图4所示。第一多路复用器16和第二多路复用器17的信号通道分别八个继电器相连，八个继电器与八个阵元之间一一对应连接，具体连接关系为：第一多路复用器16的信号通道与继电器的常闭触点6脚和11脚相连接，第二路多路复用器17的信号通道与继电器的常开触点8脚和9脚相连接，阵元与继电器衔铁4脚和13脚相连接。继电器的线圈两端的电压由一个4-16线译码器来控制，译码器的输入信号为第二路多路复用器17接收的高四位信号进行控制。如当所选的接收信号为0001，该信号输入译码器，通道2所对应的第2个继电器就会动作，常闭触点断开，常开触点闭合。这样，切换开关的信号接收端R通过继电器与切换开关的信号通道相连。当继电器不动作时，切换开关的激励通道T与切换开关的信号通道一直为接通状态，激励信号可以通过切换开关直接加到激励阵元上。

电源主要是为整个电路提供电压。它可以提供5V、15V、-15V这三种电压状态，以满足整个电路中每个部件的电压需要，使它们能正常工作。

本实施例中的开关装置在使用时的具体连接关系如图2所示，激励/接收卡1的输出端与功率放大器2的输入端相连接，功率放大器2的输出端与本发明装置7的激信号励端T相连，超声换能器阵列4中的8个阵元分别和本发明装置7的信号通道的信号通道a～h相连相连接。本发明装置的信号接收端R与信号激励/接收卡的输入端相连。计算机并口与本发明装置的并口相连。电源线接220v交流电源。

Claims (1)

1.板中超声换能器阵列激励接收多通道可控开关，其特征在于：包括电源、与计算机相连接的并行口、第一电压比较器、第二电压比较器、保护电路、信号激励通道、信号接收通道和用于与超声换能器阵列中的阵元一一对应相连接的继电器，其中：并行口分别与第一电压比较器和第二电压比较器相连，第一电压比较器和第二电压比较器又分别与保护电路的输入端相连，计算机发出八位二进制信号给并行口，从并行口输出的信号分为两部分，低四位控制信号激励通道，高四位控制信号接收通道，低四位信号和高四位信号先经过第一电压比较器和第二电压比较器后送给保护电路，当低四位信号和高四位信号相同时保护电路不输出任何信号，当低四位信号和高四位信号不同时，低四位信号控制信号激励通道，高四位信号控制信号接收通道；

所述的信号激励通道包括激励通道显示部分和激励通道控制部分，所述的激励通道显示部分包括依次连接的第一全加译码器、第一数码管驱动芯片和第一数码管，所述的激励通道控制部分包括第一多路复用器，第一多路复用器的输入端与保护电路相连，接收并行口输出的低四位信号，第一多路复用器的输出端作为激励通道的输出端T；

所述的信号接收通道包括接收通道显示部分和接收通道控制部分，所述的接收通道显示部分包括依次连接的第二全加译码器、第二数码管驱动芯片和第二数码管，所述的接收通道控制部分包括第二多路复用器，第二多路复用器的输入端与保护电路相连，接收并行口输出的高四位信号，第二多路复用器的输出端作为激励通道的接收端R；

第一多路复用器和第二多路复用器的每个信号通道分别和相对应的同一个继电器相连，继电器与阵元相连，具体为：第一多路复用器的信号通道与继电器的常闭触点相连，第二多路复用器的信号通道与继电器的常开触点相连，继电器的线圈两端的电压由一个译码器来控制，译码器的输入信号为第二多路复用器接收的高四位信号，继电器的衔铁与超声换能器阵列中的阵元相连；

电源为以上各部分提供电源。

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