CN102749383A - 在一体化外壳内采用多传感器技术的无损检验仪器 - Google Patents

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Abstract

一种无损检验(NDI)仪器，包括被配置为从至少两种无损检验传感器接收测试信号的传感器连接系统，其中这些无损检验传感器被配置为获得来自测试对象的测试信号。该传感器连接系统具有特定传感器专用传感器连接电路和至少一个通用传感器连接电路。数据获取电路耦接至该传感器连接系统，并具有特定传感器专用据获取电路和至少一个通用数据获取电路。该数据获取电路还耦接至执行特定传感器专用处理模块和至少一个通用处理模块的数据处理器。显示屏幕和用户接口耦接至该数据处理器，并能够执行包括特定传感器专用用户接口模块和至少一个通用用户接口模块的程序。传感器的类型优选包括超声波传感器、涡流传感器和声波传感器中的全部或任意组合。

Description

在一体化外壳内采用多传感器技术的无损检验仪器
技术领域
本发明涉及一种无损检验(NDI)仪器，尤其涉及可以利用多种NDI传感器技术进行操作的仪器，其中用户可以选择所述多种NDI传感器技术中的任一种。
背景技术
检验服务提供商需要面临数量庞大的NDI仪器用户。如此广泛的客户群要求检验服务提供商具有多种不同的检验技术以满足客户的检验需求。例如，炼油厂需要超声波仪器以测量管道状况和容器壁状况并且检测裂纹，航空航天公司需要声波接合测试仪器(acoustic bond testing instrument)以检测复合材料分层(delamination)并且需要涡流仪器检测飞机金属表面的裂痕。
由于检验事件通常时间紧迫并且不总是可通过大量的预先通知来得知所需的检验技术类型，因此对于检验服务提供商来说能够随时获取这些仪器极为重要。由于成本制约，具有足够多的NDI仪器类型从而确保在任意给定时间的检验需求均能满足，这通常不太实际。
对多种NDI技术的需求所提出的另一问题涉及前往遥远且难以到达的陆地检验地点或海上检验地点。目前，检验员需要为所需的各种NDI技术准备专用单元。
以前的用以缓和上述问题的尝试涉及了一体化仪器封装方法和模块化仪器封装方法。模块化方法的一个例子是本受让人的OmniScan-MX产品。该产品提供各自利用不同的NDI传感器技术进行操作的可更换型获取模块；然而，各种NDI传感器技术需要单独的获取模块。这些获取模块中的任一个均可连接至一单个处理/用户接口单元，其中该单个处理/用户接口单元与这些获取模块中的任一个相比都明显更大且更重。
利用本受让人的分别作为超声波NDI技术产品、声波NDI技术产品和涡流NDI技术产品的Sonic、Bond Master和Nortec，在较小的程度上实现了前述的关于模块可更换性的好处。该可更换性仅限于显示模块；因此，仅在各自包含不同的NDI技术的三个基本单元之间可以共享该显示模块。该显示模块比普通的显示模块更重且更大。
可以利用多种传感器技术进行操作的系统的例子是波音(Boeing)公司的MAUS-V产品。该产品采用机动扫描器；各扫描器被设计成支撑具有调整为复杂轮廓的弹簧负载架的四个传感器。按小至1度的预设间隔来收集总共四个通道的全波形超声波数据或阻抗平面涡流数据。将该数据存储在计算机磁盘上，随后调用该数据以进一步复查。波音MAUS-V产品允许使用多种传感器；然而，该产品具有使用计算机以及对于从不同类型的传感器获取到的数据使用不同的数据处理工具的缺点。在手持式一体化外壳内不使用通用的数据获取元件和通用的数据处理元件导致了包括产品的重量和大小、对笔记本电脑的需求以及高功耗等的一系列现场操作问题。该波音产品不允许电池操作。另一缺陷是其制造成本高。
一体化封装多种技术的仪器的例子是位于美国华盛顿州斯诺夸尔米的Zetec公司所提供的涡流和声波接合测试仪器MIZ-21SR。然而，Zetec公司的该产品不允许使用传统的超声波技术(即，＞500kHz)，并且没有迹象表明Zetec公司的该产品采用了通用的传感器电路和数据获取模拟前端并且共享了通用的数据处理。因此，Zetec公司的该产品无法实现允许在对包括UT传感器、EC传感器、声波传感器等的多种传感器的使用之间进行平滑切换的多功能、高精度仪器的有益效果。
Drummy等人转让给本受让人的申请号为12/192,369的美国专利申请公开了在提供不同的操作功能的同时使用共享的电路元件以使成本和电路板尺寸最小化的NDI系统的例子，其中该申请的全部内容通过引用而被包含于此。该申请的方案的主要缺陷在于局限于使用可以选择性地用于多传感器阵列探测器或者用于单个元件探测器的“一组”模数转换器。因此，仍旧无法解决仅共享一个能够选择性地用于配合多种传感器技术进行操作的模数转换器电路元件的问题。
考虑到以上的背景信息，以使服务提供商需要维持的仪器数量最小化的方式来允许服务提供商使用多种NDI技术的方案具有极大的经济价值和人类工程学价值。
发明内容
本发明的总体目的是通过以下方式来克服与背景技术相关联的问题：引入在同一封装内包含多种NDI技术的经济、小尺寸的紧凑型仪器，其中用户可以根据正在进行的检验类型启用这些NDI技术中的任一种。
本发明的另一目的是在单个仪器单元中提供用户可选择的以下NDI传感器技术中的至少两个：
a)涡流裂纹检测或电磁传导率测量；
b)针对层状结构的声波接合测试；
c)超声波裂纹检测以及厚度和腐蚀度测量；以及
d)磁声波腐蚀度测量。
本发明的另一目的是当在一种技术操作模式和另一种技术操作模式之间切换时维持出厂时或服务中心的校准完整性。
本发明的另一目的是以实用的最大程度利用通用的硬件、软件和机械零件以使材料成本和空间最小化。
本发明的另一目的是提供适合于本发明提到的传感器技术的类型的用户接口。
本发明的另一目的是提供适合于至少两种单独的传感器技术的通用用户接口键区。
本发明的另一目的是提供编码器钮控用户接口或上下左右箭头键控用户接口，以实现大致相同的控制端。
本发明的另一目的是通过以由两种或更多种传感器技术共享的方式组合传感器连接器来使传感器连接器的数量最小化。
本发明的另一目的是在包括C扫描绘制的高分辨率(即，＞320×240的像素分辨率)的彩色显示器上绘制图形用户接口信息。可选地，可以使用具有灰度级绘制能力的显示器。
本发明的又一目的是提供便利的手动或半自动方式的传感器识别，以使得NDI仪器可以将自身设置为配合所连接的传感器技术类型来以适当的方式工作。
本发明的又一目的是向声波型传感器提供大于20V的峰间激励电压。
通过以下的一种NDI仪器可以实现本发明的这些以及其它目的，其中该NDI仪器包括：与前述的NDI传感器技术相兼容的硬件和软件；用于在从一种传感器切换为另一种传感器时保持校准完整性的部件；适合于各种传感器技术的用户接口；允许在不同的传感器类型之间共享的传感器连接部件；以及用于自动检测传感器类型并且将该仪器配置成以适当方式进行工作的部件。
通过以下参考附图对本发明的说明，本发明的其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明的便携式集成仪器的外观图。
图2是包括本发明的优选实施例的系统组件和子系统组件的示意图。
图3是包括本发明的优选实施例的系统组件和子系统组件以及软件模块/固件模块的示意图。
图4a和图4b是本发明的替代实施例1和替代实施例2所包括的系统组件和子系统组件的示意图。
图5是包括本发明的实施例的硬件组件的系统水平的示意图。
图6是本发明的针对手动传感器操作模式选择的处理的流程图。
图7是本发明的针对半自动传感器操作模式选择的处理的流程图。
图8a和图8b是本发明的便携式集成仪器的用户接口的示意图。
具体实施方式
图1和图2描述根据本发明的使得能够使用多种传感器技术的NDI装置10A。应当注意，装置10A还被称为“系统”，其中所使用的“系统”用于说明本发明的优选实施例的整体或者说明如图1所示的便携式一体化封装仪器；然而，将术语“系统”应用于硬件和软件的非一体化配置，这也在本发明的范围内。例如，本发明所述的子系统元件无需全部包含在外壳90内。作为代替，可以将这些子系统元件集成到传感器线缆或根据用户的期望操作模式所需的其它可安装装置。
还应当注意，术语“传感器类型”意图表示诸如超声波(UT)传感器技术、涡流(EC)传感器技术、声波传感器技术、霍尔效应传感器技术或磁致伸缩传感器技术等的传感器技术的类型。此外，给定的“传感器类型”可以采用单个传感器的形式或传感器阵列的形式。还应当注意，本发明所使用的术语“模式”应当被解释为NDT仪器或装置利用前述传感器技术中的一种传感器技术进行工作。
本发明的实施例包括“通用”(即，共享)元件和“特定传感器类型专用”(即，非共享)元件的配置。这些元件包括利用多种传感器技术操作的仪器所需的电路、处理和用户接口。本发明的主要目的之一是使“通用”元件最多化并且使“特定传感器类型专用”元件最少化，从而实现大小、重量、电力和成本的最佳节约措施。
还应当注意，本发明在这里所使用的标题名称仅用作以有条理的方式呈现内容的目的。任何标题名称下的内容都不应当被解释成对标题的任何限制。例如，“操作模式”下的说明不仅可以公开与操作过程有关的内容，还可以公开与仪器结构有关的内容。
参考图1，就外部而言，NDI装置10A包括传感器系统1、外壳90、键盘5、显示器6、编码器70和输入/输出端口(IO)80。传感器系统1还包括以下的传感器技术“类型”中的至少一种：超声波(UT)1a、涡流(EC)1b或声波1c。
如图2所示，NDI装置10A还包括数据获取电路(DA S)2、数据处理单元3和用户接口单元4，其中后两个单元是可执行程序，并且优选将其载入通用数字数据处理器88(图5)并由通用数字数据处理器88(图5)执行。在图2所示的示例情况中，NDI装置10A采用了图1中所有的传感器。
为了标识方便，利用放置在附图数字之后的字母a、b或c来表示与特定的传感器技术类型相关联的子系统。这些字母分别与传感器类型UT 1a、EC 1b或声波1c相关联。例如，数字获取电路(DAS)2中与EC传感器类型1b相关联的子系统是2b，与声波类型1c相关联的子系统为2c，等等。因此，传感器类型、系统和子系统之间的各个关联如下：数据获取单元(DAS)2包括特定传感器专用数据获取电路2a、2b和2c；数据处理单元3(可执行程序)包括特定传感器专用处理模块3a和3a1～3a4、3b和3b1～3b4以及3c和3c1～3c4；以及作为可执行程序的用户接口单元4包括4a、4b和4c。
UT传感器1at是与UT传感器1a具有相同类型的传感器；然而，如图3、图4a和图4b以及图5所示，UT传感器1at仅连接至优选包含在数据获取电路2a内的脉冲发生器17。UT传感器1at旨在表示使用本领域技术人员周知的“一发一收(pitch-catch)”NDI结构或“穿透式(through-transmission)”NDI结构。
至少两种传感器技术共同使用的子系统包括传感器通用电路2d、通用的处理和链接单元3d以及接口单元4d(3d和4d这两者都是可执行程序)。
继续参考图2，现在利用示例UT传感器1a来说明操作模式；然而，除非另外说明，该说明还适用于上述的其它传感器类型。换言之，在利用“EC传感器1b”或“声波传感器1c”替换术语“UT传感器1a”并且它们各自的子系统也一起替换的情况下，随后的说明也成立。在以下的总体概述之后将详细说明与各传感器类型相关联的系统和子系统的构成和操作。
UT传感器1a耦接至UT数据获取电路2a和传感器通用电路2d。UT数据获取电路2a包含用于激励传感器1a的激励电路和用于调节传感器响应信号的接收器部。
通用电路2d包含：模数转换器，用于对从UT传感器1a接收到的信号进行数字化；另一接收器部；以及数据传送和控制接口，其耦接至作为可执行程序的数据处理单元3，其中数据处理单元3包含UT处理器3a。
作为可执行程序的UT处理器3a包括实时数据显示单元3a 1、实时测量单元3a2、数据管理单元3a3和传感器管理单元3a4。
继续参考图2，实时数据显示单元3a 1被配置为基于通用电路2d所提供的传感器响应信号和利用键盘5提供的输入参数来进行数据呈现。将一连串的数据呈现提供至用户接口单元4，以在显示器6上绘制期望的实时测量信息。实时测量单元3a2控制UT数据获取电路2a和通用电路2d以将实时测量活动和由此产生的数据提供至UT处理器3a。数据管理单元3a3存储和检索与测量会话相关联的用户设置和测量数据。还可以存储和检索传感器的标识和默认测量设置。在一些情况下，将测量设置与传感器标识相关联，从而自动设置系统操作。最后，传感器管理单元3a4提供以下的处理：询问传感器以确定其存在和标识，并且提供补偿该传感器所需的系数以维持期望的传递函数(例如，校准值)。
作为可执行程序的处理和链接单元3d提供至少两个传感器模式共用的处理。这些处理包括：i)管理数据处理单元3和用户接口单元4之间的连接，ii)配置和设置UT处理器3a，以及iii)从UT处理器3a获得数据。
作为可执行程序的用户接口单元4包括UT用户接口模块4a和通用接口4d，其中通用接口4d包括GUI库4d1、文件系统4d2、操作系统4d3和通信库4d4。接口单元4中的这些组件可以是分散的模块或者采用任意组合的形式。
仍参考图2，UT用户接口模块4a处理通用处理和链接单元3d以及与UT传感器1a的使用事例相关联的用户接口的特定元件所提供的UT测量数据。这些特定元件包括：解码器，用于对来自键盘5和/或IO 80的输入进行解码；显示器6的图形域；以及编码器70的设置。GUI库4d1包含与UT传感器1a相关联的显示图形基元和框架，操作系统4d3根据需要来调用显示图形基元和框架。文件系统4d2提供用于存储和检索用户配置设置和测量数据的存储器。操作系统4d3进行本领域技术人员周知的传统的实时操作系统的功能。操作系统4d3包括程序存储器和RAM(未示出)，并且结合数据处理单元3来控制系统活动。可选地，通信库4d4包括诸如USB等的通信装置驱动器以及程序应用层。
现在参考图3来更详细地说明图2所述的传感器系统1和数据获取电路(DAS)2。图3的DAS 2所示的电路元件利用在上述的传感器系统1中发现的传感器类型中的一种或多种来进行操作。为了在图3中容易识别，DAS 2中的电路元件具有以下特定背景图案。
a)斜条纹背景表示所有的三种传感器共用的元件，即表示模数转换器(ADC)36、多路复用器(MUX)38、采样数据管理单元48和时钟28这些元件。
b)竖条纹背景表示仅用于EC传感器1b和声波传感器1c的元件，即表示MUX 30、加法器33、差分放大器34、滤波器35、阻抗9、高压放大器10、可变电源(VP S)11、双模数转换器(DDAC)18的一个输出端和频率合成器50这些元件。
c)白色背景表示仅用于一种传感器的元件，即表示阻尼(damping)16、开关15、脉冲发生器17、脉冲发生器控制20、开关31这些元件。
选择性地接合图3所示的电路元件以使得能够进行以下所述的操作模式。对于随后的说明，应当注意，传感器连接器系统7可以包括针对所连接的各传感器的单独物理连接器，或者包括可以连接两种以上的传感器的一体化物理连接器。此外，连接器系统7还提供针对传感器识别信号的连接，其中，由传感器所提供的传感器识别信号(未示出)以信号51的形式提供给FPGA 19。FPGA 19将传感器识别信息提供至数据处理单元3和用户接口单元4，以进行与识别出的特定传感器相关联的适当设置。传感器识别信息可以包括传感器类型、型号、序列号、制造日期、操作小时数、校准数据以及用户可能关注的与该传感器相关联的任何其它数据。优选将传感器识别信息以数字存储装置的形式存储在传感器内；然而，传感器可嵌入其它的识别方式，诸如与特定传感器相关联的可测量参数值等。参数值的例子包括电压和电阻。
传感器操作模式
对于前述说明，应当注意，本领域的技术人员周知用以激励传感器以及接收和处理各个响应信号所需的方法和设备。因此，本发明没有提供这些内容的细节。还应当注意，特定操作模式所涉及的开关和MUX连接在整个操作模式中维持固定状态，即，在操作模式期间无动态切换。此外，应当注意，对于以下所述的各个操作模式，UT传感器1a、EC传感器1b或声波传感器1c均连接至连接器系统7。
UT传感器操作模式
继续参考图3，传感器激励器(Tx)电路8包括作为UT专用电路元件的脉冲发生器17和阻尼16，其中阻尼16的输出根据用户利用开关15所选择的UT功能而被提供至UT 11a或UT21at。脉冲发生器17受控于在FPGA 19中实现的脉冲发生器控制20。
作为子系统的接收器(Rx)29包括UT专用前端电路104。接收器29还包括适用于所有的三种传感器的共享的MUX 38和ADC 36。可以调节FPGA 19中的时钟28以向ADC 36提供一定范围的时钟信号频率，其中UT传感器模式下的时钟信号频率优选为100MHz。将来自传感器1a的响应信号提供至如图3所示的位于输入点108处的连续高动态范围前端电路104的输入端。将ADC 36的输出提供至FPGA 19中的采样数据管理单元48。
在本申请人发明名称为“SENQUENTIALLY FIRED HIGHDYNAMIC RANGE NDT/NDI INSPECTION DEVICE”的待审查美国专利申请(USPTO申请号为12,629,565)中公开了与前述的连续高动态范围前端电路104和输入点108相关联的详细方法。申请12,629,565的全部内容通过引用而被包含于此。应当注意，申请12,629,565的图2中所示的ADC 208和输入点108以及相应的文字描述旨在分别应用于本发明的图3中所示的ADC 36和输入点108。可以在本发明的图3的FPGA 19的采样数据管理单元48中实现申请12,629,565的图1中的数字逻辑装置105。可以在本发明的FPGA 19或其它存储装置(未示出)中实现申请12,629,565中的存储装置116。可以以与本发明的图3的脉冲发生器17相同的方式实现申请12,629,565中的发送器101。
EC传感器操作模式
除UT专用元件以外，传感器激励器(Tx)电路8还包括共享的电路元件，即包括可变电源(VPS)11、高压放大器10和阻抗9。这些元件用于EC操作模式和声波操作模式这两者，其中，这两个模式之间的不同之处仅在于VPS 11的输出电压设置和提供至高压放大器10的输入端的输出14a的输出频率设置。激励线圈的一个端子连接至阻抗9的输出端，并且另一端子连接至阻抗12的输出端，其中这两个阻抗均优选为10欧姆。利用由频率合成器50的求和节点23所提供的信号来驱动双DAC 18的输出14a。输出14a所提供的选择频率优选在50Hz～12MHz的范围内。
除UT专用元件以外，接收器(Rx)29还包括作为共享电路元件的MUX 30、开关31、加法器33、差分放大器34、滤波器35和VGA 37，其中，这些元件均用于EC操作模式和声波操作模式这两者。接收器Rx 29还包括MUX 38和ADC 36，其中，这两者均用于EC操作模式、UT操作模式和声波操作模式。在EC操作模式下，开关31将EC传感器1b的感测线圈的一个端子连接至加法器33的一个输入端，并且将另一端子经由MUX 30连接至差分放大器34的输入端。将由利用频率合成器50的求和节点24提供的信号进行驱动的DDAC 18的输出14b提供至加法器33的另一输入端。输出14b用于使在开关31的输出端感测到的激励AC信号为空，从而更好地检测诸如裂纹等的受关注的感测信号。将加法器33的输出提供至差分放大器34的另一输入端，其中将差分放大器34的输出提供至滤波器35的输入端。将滤波器35的输出提供至VGA 37的输入端，其中借助于MUX 38将VGA37的输出提供至ADC 36的输入端。ADC 36的采样速率优选为50MHz并且受控于FPGA 19中的时钟28。将ADC 36的输出提供至FPGA 19中的采样数据管理单元48以进行处理。
声波传感器操作模式
传感器激励器(Tx)电路8不包括声波传感器专用电路元件。优选地，传感器激励器(Tx)电路8共享用于激励EC传感器1b的除阻抗9以外的所有电路元件。EC激励操作模式和声波激励操作模式之间的主要差异在于提供至声波传感器1c的激励信号的振幅(峰间优选为＞20V)和频率以及使用谐振传感器模式和一收一发传感器模式来进行声波操作的能力。一收一发激励传感器端子连接至高压放大器10的输出端，同时谐振模式传感器端子连接至优选为10欧姆的阻抗9的输出端。利用由频率合成器50中的求和节点23提供的信号进行驱动的双DAC 18的输出14a来驱动高压放大器10。输出14a所提供的选择频率优选在200Hz～2MHz的范围内。
接收器(Rx)电路29包括以上针对EC传感器操作模式所述的所有的相同的共享电路元件。在声波操作模式下，开关31断开与来自EC传感器1b的感测信号的连接并且使加法器33的一个输入端接地。除此之外，将双DAC 18的输出14b设置为0伏以使加法器33的空效应无效。将来自声波传感器1c的感测信号经由MUX 30提供至差分放大器34的输入端。将加法器33的输出提供至差分放大器34的另一输入端，其中将差分放大器34的输出提供至滤波器35的输入端。将滤波器35的输出提供至VGA 37的输入端，其中将VGA 37的输出借助于MUX 38提供至ADC 36的输入端。ADC 36的采样速率优选为50MHz，并且受控于FPGA19中的时钟28。将ADC 36的输出提供至FPGA 19中的采样数据管理单元48以进行处理。
整体系统
FPGA 19可以包括具有如作为ASIC的情况的完整设计图像或者仅从存储器选择性地载入的特定操作模式所需的设计图像的专用逻辑。还可以利用根据以传统的嵌入式SW系统的方式设置的程序指令进行工作的微处理器系统来替换FPGA 19；然而，这种系统的实时性能相对较低。
还应当注意，为了简化设计，对于三种传感器操作模式，ADC 36可以均以诸如50MHz等的固定采样时钟频率运行。可以通过利用位于FPGA 19中的而不是独立存在的内插滤波器来获得诸如100MHz等的较高的采样频率。
现在参考图5。应当注意，包括诸如数据处理器3a、3b、3c和3d等的子系统程序的数据处理单元3以及包括诸如显示和用户接口模块4a、4b、4c和4d等的子系统程序的显示和用户接口单元4这两者都为可执行程序，其中，所述可执行程序优选地被载入通用数字数据处理器88并由通用数字数据处理器88来执行。数字数据处理器88可以是数字信号处理芯片(DSP)或微控制器芯片。数字数据处理器88可以可选地采用作为数据处理单元3以及显示和用户接口单元4中的共享可执行模块的几个子处理器的形式。可以在与传感器电路1和数据获取电路2共享的PCB板上制造数字数据处理器88。数字数据处理器88与诸如键盘5、显示屏幕6、编码器70和IO 80等的外围元件互连。
关联操作模式的传感器识别和选择
现在参考图6和图7来说明传感器识别的操作过程和自动方法。
图6的流程图适用于手动传感器识别处理，其中，在步骤601中，接通电源，在步骤602中，用户接口向用户通知当前选择的传感器操作模式，然后在步骤603中，要求用户表示当前选择模式是否可接受。如果用户回答“是”，则在步骤606中用户进行检验，在步骤607中停止检验会话，并且在步骤608中通过用户接口询问用户是否对仪器断电。如果在步骤608中用户回答“是”，则在步骤609中存储当前检验模式设置并且断开电源。如果用户回答“否”，则在步骤605中要求他/她选择期望的模式，之后根据用户在步骤608的回答来继续进行步骤606～609或605。如果在步骤603中用户回答“否”，则在步骤605中让用户选择期望的模式，并且处理从此处起如上所述继续进行。
图7的流程图适用于自动传感器识别处理，其中，在步骤701中，接通电源，在步骤702中，仪器查询连接器系统7(图3、图4a和图4b以及图5)以确定传感器的存在以及该传感器内包含的识别信息。如果在步骤703中判断为不存在探测器ID，则在步骤704中提示用户选择传感器模式。这涵盖了使用不具有传感器识别信息的探测器的情况，对于现有市售的传感器而言经常是这种情况。在步骤708中使与在步骤704中选择的传感器模式相关联的操作模式生效，之后在步骤606中由用户进行检验，并且在步骤607中结束该检验。然后，在步骤608中，询问用户是否对仪器断电。如果在步骤608中用户回答“是”，则在步骤609中存储当前检验模式设置并且断开电源。如果用户回答“否”，则处理返回至步骤702，并且如上所述继续进行。表1包括了图8a和图8b所示的除导航键区配置89以外的所有元件。
如果在步骤703中存在至少一个探测器标识(ID)、并且在步骤705中判断为检测到的ID数量大于1，则在步骤706中要求用户选择使用哪个探测器ID。然后，处理进入步骤708，并且从该步骤起如上所述继续进行。如果在步骤705中判断为检测到的ID数量为1，则在步骤707中使与检测到的传感器相关联的操作模式生效。然后，处理进入步骤606，并且从该步骤起如上所述继续进行。
多操作模式键盘
参考图8a和图8b，键盘5可以用于本发明所述的三种传感器操作模式中的任一种。键盘5的两个实施例包括如下表1所述的图8b中的“钮结构88”和图8a中的“导航键区结构95”这两者。这些实施例使得用户可以利用他们优选的用户接口类型来选择仪器。“钮结构88”和“导航键区结构95”向用户提供等效的功能。因此，除了对于图8a的结构89中末尾放置有后缀字母“a”以外，在图8a和图8b中，具有等效功能的键共享相同的附图标记。
当通过例如操作键、照射光或转动钮来操作各个元件时，应用以下在表1中针对各键盘元件名称所提供的键的功能描述。
应当注意，本发明所使用的术语“测量图像”应当被解释为表示与关联数值读数一起绘制在显示器6上的、传感器响应的阻抗平面图或时域波形。术语“直接访问键”应当被解释为表示直接访问在检验期间共同使用的软件参数的键。
在以下的表中，除非另外说明，元件功能说明适用于针对UT传感器1a、EC传感器1b和声波传感器1c的操作模式。
表1
Figure BDA0000154723700000171
以上键中不用于UT传感器1a操作模式的键包括空键62和62a、擦除键63和63a、警报键67和67a、设置键68和68a以及保存键81。
继续参考图8b，对于UT传感器1a操作模式，除了第2功能键92以外，将这些物理上的虚拟直接访问键76～80各自唯一地分配有下表2中所示的第1和第2功能对。
表2
Figure BDA0000154723700000191
替代实施例
替代实施例1：针对UT传感器模式的并行高动态范围接收 器
如图4a所示，后续说明提供具有代替图3中的数据获取电路2的替代数据获取电路46的实施例。应当注意，除了本说明书的UT传感器操作模式这一部分中与作为子部的接收器29有关的说明以外，图3所示的优选实施例的整体说明均适用于替代实施例1。
参考图4a，接收器(Rx)电路47包括替代性的、UT专用的并行高动态范围(PHDR，parallel high-dynamic range)前端电路800。与优选实施例1相同，接收器(Rx)电路47还包括适用于所有的三种传感器的MUX 38和ADC 36。可以调节FPGA 19中的时钟28以向ADC 36提供一定范围的时钟信号频率，其中UT传感器模式的时钟信号频率优选为100MHz。
在申请号为11/489,889、发明名称为“ULTRASONIC FAULTDETECTION SYSTEM USING A HIGH DYNAMIC RANGEANALOG TO DIGITAL CONVERSION SYSTEM”的美国专利申请中提供了对PHDR前端电路800的详细说明，在此通过引用包含其全部内容。
特别地，在本申请的图4a中，将来自传感器1a的响应信号提供至位于申请11/489,889的图8a中所示的点13a处的并行高动态范围前端电路800的输入端，其中，变换器12等效于本申请的UT传感器1a。优选将本申请的PHDR前端800的输出A提供至ADC 36的输入端，其中将ADC 36的输出提供至FPGA 19中的采样数据管理单元49。将本申请的PHDR前端800的输出B和C分别提供至申请11/489,889的图8b中所示的差分驱动器128和130。此外，可以将申请11/489,889中的差分驱动器126放置在本申请的MUX 38的输出端和ADC 36的输入端之间。本发明的ADC 36进行与申请11/489,889中所公开的ADC 132相同的任务。
申请11/489,889中公开了与前述的作为电路元件的PHDR前端电路800、输入点13a、输出A、B和C、申请11/489,889的图8b中的差分驱动器126、128和130以及ADC 132有关的详细方法。这些附图标记各自在本申请和申请11/489,889之间具有直接对应关系。
替代实施例2：针对UT传感器模式的传统接收器
现在将针对图4b来说明作为具有代替图3中的数据获取电路2的替代数据获取电路39的另一实施例的、本发明的替代实施例2。更特别地，数据获取电路39采用可代替图3中的连续高动态范围电路104的前端电路。
应当注意，除了本说明书的UT传感器操作模式这一部分中与图3中的接收器电路29有关的说明以外，图3所示的优选实施例的整体说明均适用于替代实施例2。
继续参考图4b，接收器(Rx)电路40包括诸如校准电路(CAL)41、多极开关42、衰减器43和VGA 44等的UT专用电路元件。MUX 38、滤波器35、VGA 37和ADC 36适用于所有的三种传感器。可以调节FPGA 19中的时钟28以向ADC 36提供一定范围的时钟信号频率，其中UT传感器模式的时钟信号频率优选为100MHz。将来自传感器1a的响应信号和校准电路41的输出提供至开关42的输入端；然而，在任意给定时刻，这两者中仅一个可以连接至开关42的输入端。利用校准电路41提供的信号对Rx子系统40内的两个传感器信号路径的增益进行校准，其中校准电路41经由多极开关42选择性地到达VGA 44或衰减器43。
在检验会话期间，根据仪器的增益设置将传感器1a选择性地连接至VGA 44或衰减器43。将VGA 44的输出提供至MUX 45的输入端，其中将MUX 45的输出提供至滤波器35的输入端。将滤波器35的输出提供至VGA 37的输入端，其中将VGA 37的输出提供至ADC 36的输入端。将ADC 36的输出提供至位于FPGA 19内的采样数据管理单元27的输入端。本领域的技术人员周知该数据的处理方法。
尽管已经针对本发明的特定实施例说明了本发明，但对于本领域技术人员而言，显然存在许多其它的变形例和修改例以及其它用途。因此，优选地，本发明并不局限于这里的特定公开，并且本发明的保护范围仅由所附权利要求书来限制。

Claims (40)

1.一种无损检验仪器即NDI仪器，其能够对测试对象进行无损检验测试，并包括：
传感器连接电路，其被配置为从至少两种无损检验传感器接收测试信号，其中，在给定时刻仅选择一种无损检验传感器以获得该无损检验传感器的来自所述测试对象的测试信号，所述传感器连接电路包括至少两个特定传感器专用传感器连接电路和至少一个通用传感器连接电路；
数据获取电路，用于将所述测试信号处理成数字数据，并包括至少两个特定传感器专用数据获取电路和至少一个通用数据获取电路；
一个或多个数字数据处理器，用于在数据处理单元以及显示和用户接口单元中处理所述数字数据，其中，
所述数据处理单元包括至少两个特定传感器专用处理模块和至少一个通用处理模块，
所述显示和用户接口单元包括至少两个特定传感器专用用户接口模块和至少一个通用用户接口模块，
与所述显示和用户接口单元进行通信的显示屏幕和多个接口键；以及
切换机构，用于从所述特定传感器专用传感器连接电路选择一个特定传感器专用传感器连接电路、从所述特定传感器专用数据获取电路选择一个特定传感器专用数据获取电路、从所述特定传感器专用处理模块选择一个特定传感器专用处理模块以及从所述特定传感器专用用户接口模块选择一个特定传感器专用用户接口模块，并且配置所述通用传感器连接电路、所述通用数据获取电路、所述通用处理模块和所述通用用户接口模块，以使得所述无损检验仪器能够进行适合于所选择的传感器的测试。
2.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述至少两种无损检验传感器包括超声波传感器、涡流传感器和声波传感器。
3.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述无损检验传感器中的一个或多个具有单个传感器的结构。
4.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述无损检验传感器中的一个或多个具有传感器阵列的结构。
5.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述无损检验传感器一起被配置为在单个仪器单元中提供以下无损检验传感器功能中的至少两个：
a)涡流裂纹检测或电磁传导率测量；
b)针对层状结构的声波接合测试；
c)超声波裂纹检测以及厚度和腐蚀度测量；以及
d)磁声波腐蚀度测量。
6.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述传感器连接电路包括至少一个传感器连接器，所述传感器连接器被配置为能够连接所述至少两种无损检验传感器中的两种或更多种无损检验传感器。
7.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述显示和用户接口单元以及所述接口键被配置为使得用户能够从所述至少两种无损检验传感器选择一种无损检验传感器并且从一种无损检验传感器切换至另一种无损检验传感器。
8.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，还包括传感器识别机构，所述传感器识别机构用于识别连接至所述无损检验仪器的传感器的具体类型。
9.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述切换机构根据所选择的传感器的类型自动地执行所述切换机构的功能。
10.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述无损检验仪器被配置成在从一种无损检验传感器切换至另一种无损检验传感器时保持校准完整性。
11.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述无损检验仪器为单机仪器，其中所述数据获取电路和所述数字数据处理器容纳于单个外壳中。
12.根据权利要求11所述的无损检验仪器，其特征在于，所述显示屏幕和所述多个接口键是所述外壳的一部分。
13.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述显示和用户接口单元与所述显示屏幕以及所述接口键相连接。
14.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用数据获取电路包括脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置为用于一发一收式无损检验结构或穿透式无损检验结构。
15.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，还包括：
激励电路，用于激励所述超声波传感器；和
接收器部，其被配置为调节超声波传感器响应信号。
16.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述通用数据获取电路包括：
多路复用器；
模数转换器，其被配置为对从所述特定传感器专用传感器连接电路中的任一个接收到的测试信号进行数字化；以及
采样数据管理模块，其耦接至所述数据处理单元。
17.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述通用处理模块为所述至少两种无损检验传感器所共用，并且被配置为管理所述数据处理单元与所述显示和用户接口单元之间的连接。
18.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述通用用户接口模块包括图形用户接口库、文件系统、操作系统和通信库。
19.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用处理模块包括针对各种无损检验传感器的实时数据呈现模块、实时测量模块、数据管理模块和传感器管理模块。
20.根据权利要求19所述的无损检验仪器，其特征在于，所述实时数据呈现模块被配置为基于从所选择的那种传感器接收到的特定传感器响应信号来进行数据呈现。
21.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用用户接口模块包括经由所述显示屏幕和所述接口键能够访问和控制的超声波用户接口模块、涡流用户接口模块和声波用户接口模块。
22.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用数据获取电路包括超声波传感器专用数据获取电路，所述超声波传感器专用数据获取电路被配置为作为针对超声波传感器的并行高动态范围接收器而工作。
23.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用数据获取电路包括超声波传感器专用数据获取电路，所述超声波传感器专用数据获取电路被配置为包括开关、衰减器和VGA，其中，所述开关耦接至所述超声波传感器并具有校准输入端，所述VGA的输出端耦接至模数转换器，并且根据包括在所述通用数据获取电路中的时钟驱动所述模数转换器。
24.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述特定传感器专用数据获取电路包括超声波传感器专用数据获取电路，所述超声波传感器专用数据获取电路采用连续高动态范围前端的形式。
25.根据权利要求2所述的无损检验仪器，其特征在于，所述涡流传感器和所述声波传感器被配置为共享一个特定传感器专用数据获取电路，其中该一个特定传感器专用数据获取电路至少包括阻抗、高压放大器、双数模转换器、至少一个频率合成器、加法器和差分放大器。
26.根据权利要求1所述的无损检验仪器，其特征在于，所述显示和用户接口单元在所述显示屏幕上产生屏幕画面，并且所述接口键能够采用键区、键盘、虚拟键组或键钮的形式。
27.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括钮结构模式和导航键区结构模式之一。
28.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区至少包括检查键，以使得所述显示屏幕的分辨率能够在高分辨率模式和低分辨率模式之间切换。
29.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区至少包括能够直接访问的空键，其中，用户利用所述空键能够使阻抗平面显示或扫描显示上的点移动至所述显示屏幕上选定的空位置处，所述选定的空位置可以部分位于所述显示屏幕的中央。
30.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器擦除先前的测量屏幕画面并且将其替换为能够得到的下一测量屏幕画面。
31.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器使当前的显示屏幕画面保持不变。
32.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器使屏幕画面返回到上一级菜单。
33.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器在所述显示屏幕上返回并显示主菜单。
34.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，促使所述无损检验仪器提供针对测量结果的警报，并且这被视为触发警报状况。
35.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器进入设置模式，所述设置模式使得用户能够设置包括日期和时间、探测器驱动以及语言设置的测量参数。
36.根据权利要求26所述的无损检验仪器，其特征在于，所述键区包括如下的直接访问键，其中，通过操作该直接访问键，所述无损检验仪器使得用户能够设置所述虚拟键组。
37.根据权利要求36所述的无损检验仪器，其特征在于，所述虚拟键组中的各虚拟键被指定为针对各个特定传感器专用传感器连接电路具有不同的功能。
38.根据权利要求36所述的无损检验仪器，其特征在于，所述虚拟键组包括如下的虚拟键，通过操作该虚拟键，促使所述无损检验仪器将测量信息和/或设置保存到所选择的或所索引到的文件和传感器ID。
39.根据权利要求36所述的无损检验仪器，其特征在于，所述虚拟键组或所述键区包括如下的键，通过操作该键，将所述无损检验仪器设置为具有作为基准水平的系统增益以及对扫描增益进行预定的相加或相减。
40.根据权利要求36所述的无损检验仪器，其特征在于，所述虚拟键组或所述键区包括如下的键，通过操作该键，将所述无损检验仪器设置为在所述显示屏幕的波形区域上具有至少一个水平线段，以设置用于检测包括第一通过边缘、第一峰或最大峰的至少一个波形事件的振幅阈值。
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