CN102854253B - 一种多通道超声波探伤单线传输信号系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多通道超声波探伤单线传输信号系统及方法，由探头（1）连接前端电路（12），通过单一传输线（6）连接后端电路（13）。在后端电路（13）中增加控制信号编码电路（7），把主控FPGA（8）产生的同步信号和控制信号编码成方波信号加载到单一传输线（6）上，在前端电路（12）中增加控制信号解码电路（5），把接收到的方波信号处理后输入到多FPGA通道控制电路（4）专用的FPGA中进行信号解码，然后FPGA通道控制电路（4）进行通道切换至发射电路（2）和接收放大电路（3），放大后的超声信号再通过单一传输线（6）输入到可控增益放大电路（9）中，实现单线传输同步信号、控制信号和超声信号。

Description

一种多通道超声波探伤单线传输信号系统及方法
技术领域
本发明属于工业超声波探伤和测量领域，特别是一种多通道超声波探伤单线传输信号系统及方法。
背景技术
多通道超声波探伤仪广泛应用于工业自动化超声波探伤中。常规的多通道超声波探伤仪一般需要使用多条信号线来实现同步信号、控制信号和超声信号的传输。其中，控制信号线主要用来控制多通道切换以及设置前置放大参数。控制信号线的数量与通道数量和前置放大级数直接相关。例如，一台具有4级前置放大电路的32通道超声探伤仪，需要使用5条线控制通道切换，使用2条线控制前置放大，再加1条同步信号线和1条超声信号线，共需要9条传输线。但是在很多情况下，受到环境条件的限制，使用多条传输线十分困难，甚至无法实现。例如，在储气井井筒腐蚀超声波测量中，井深达350m，需要使用的阵列探头通道数量超过30个，而连接前端仪器和主机所使用的铠装电缆能够提供的信号传输线不超过2条，传统的多信号传输方式无法使用。因此，本发明采用的单线传输信号技术具有十分重要的实用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要利用一条传输线实现多通道超声波探伤中控制信号、同步信号和超声信号的传输，解决多通道探伤仪在使用中传输信号线数量受到限制情况下的信号传输问题。如图1所示，本发明采用的技术方案是：
一种多通道超声波探伤单线传输信号系统，由探头1连接前端电路12，通过传输线连接后端电路13，所述的传输线6是单一的传输线。
所述的前端电路12安装在与探头1和工件相邻的，由多通道发射电路2、多通道接收放大电路3、基于FPGA的FPGA通道控制电路4组成；所述的后端电路13包括可控增益放大电路9、模数转换电路10、基于FPGA的主控电路8和探伤仪CPU及总线接口电路11组成。
在后端电路13中增加控制信号编码电路7，把主控FPGA8产生的同步信号和控制信号编码成方波信号加载到单一传输线6上，在前端电路12中增加控制信号解码电路5，把接收到的方波信号处理后输入到多FPGA通道控制电路4专用的FPGA中进行信号解码，然后FPGA通道控制电路4进行通道切换至发射电路2和接收放大电路3，控制发射电路2和接收放大电路3工作，放大后的超声信号再通过单一传输线6输入到可控增益放大电路9中，实现单线传输同步信号、控制信号和超声信号。
一种多通道超声波探伤单线传输信号的方法，多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为一个工作周期,把一个周期的时间分为控制时段和接收时段,包含以下步骤：
(1)在控制时段，主控FPGA8产生的同步信号和控制信号编码成方波通过信号编码电路7加载到单一传输线6上，前端电路解码电路5接收后通过前端FPGA通道控制电路4控制通道发射2超声波，完成控制时段工作；
(2)在接收时段，接收放大电路3根据前置放大级数放大超声信号后加载到单一传输线6上，再通过可控增益放大电路9接收超声信号，放大后通过模数转换电路10把超声信号数字化，并通过主控FPGA8传输到探伤仪CPU11中，完成接收时段。
一个工作周期开始后，前端电路12中多FPGA通道控制电路4专用的FPGA工作在准备阶段；后端电路13中的主控FPGA8发送同步信号和控制编码信号；FPGA通道控制电路4根据解码的控制信号进行通道控制和参数设置，然后产生一个超声波触发信号，使发射电路2产生超声波；从主控FPGA8产生同步信号到前端电路产生触发信号的时间是一个固定时间；此后，后端的可控增益放大电路9和模数转换电路10开始工作，而前端FPGA通道控制电路4又进入准备阶段，等待下一个工作周期。
从时序上来讲，主控FPGA8是主动工作状态，前端FPGA通道控制电路4是被动工作状态，控制时段和接收时段相互不受影响。
本发明多通道超声波探伤仪使用一条线实现了同步信号、控制信号和超声信号的传输，且不受通道数量的限制，简化了仪器的结构，特别适用于通道数量多、传播距离远的情况。
附图说明
图1是本发明多通道超声探伤仪前后端电路工作原理框图。
图2是本发明中的单线传输信号时序图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。
参见附图1，现有多通道超声波探伤仪一般由探头1、多通道发射电路2、多通道接收放大电路3、基于FPGA的FPGA通道控制电路4、可控增益放大电路9、模数转换电路10、基于FPGA的主控电路8和探伤仪CPU及总线接口电路11组成。在工业自动超声探伤中，通常把多通道发射电路2、多通道接收放大电路3和FPGA通道控制电路4设计成一个模块，安装在与探头1和工件相邻的前端电路12，其余部分设计在后端电路13的主控机器中。前后端电路部分使用控制信号线、同步信号线和模拟信号线连接。
本发明在后端电路13中增加控制信号编码电路7，把主控FPGA8产生的同步信号和控制信号编码成方波信号加载到单一传输线6上，在前端电路12中增加控制信号解码电路5，把接收到的方波信号处理后输入到多FPGA通道控制电路4专用的FPGA中进行信号解码，然后FPGA通道控制电路4进行通道切换至发射电路2和接收放大电路3，放大后的超声信号再通过单一传输线6输入到可控增益放大电路9中，实现单线传输同步信号、控制信号和超声信号。
多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为一个工作周期。把一个周期的时间分为控制时段和接收时段。
在控制时段，主控FPGA8产生的同步信号和控制信号编码成方波通过信号编码电路7加载到单一传输线6上，前端电路解码电路5接收后通过前端FPGA通道控制电路4控制通道发射2超声波，完成控制时段工作。
在接收时段，接收到的超声信号首先通过接收放大电路3放大，然后加载到单一传输线6上，传输到后端电路13后再通过可控增益放大电路9放大，最后通过模数转换电路10把超声信号数字化，并通过主控FPGA8传输到探伤仪CPU11中，完成接收时段。
参见附图1和2，其中,图2的说明:14控制时段，15接收时段，16准备，17同步信号，18控制编码信号，19超声波触发信号，20超声波信号。
探伤仪中各部分工作的流程是：一个工作周期开始后，前端电路12中多FPGA通道控制电路4专用的FPGA工作在准备阶段16；后端电路13中的主控FPGA8发送同步信号17和控制编码信号18；FPGA通道控制电路4根据解码的控制信号进行通道控制和参数设置，然后产生一个超声波触发信号19，使发射电路2产生超声波20；从主控FPGA8产生同步信号17到前端电路产生触发信号19的时间是一个固定时间；此后，后端的可控增益放大电路9和模数转换电路10开始工作，而前端FPGA通道控制电路4又进入准备阶段16，等待下一个工作周期。从时序上来讲，主控FPGA8是主动工作状态，前端FPGA通道控制电路4是被动工作状态，控制时段14和接收时段15相互不受影响。
本发明的有益效果在于多通道超声波探伤仪使用一条线实现了同步信号、控制信号和超声信号的传输，且不受通道数量的限制，简化了仪器的结构，特别适用于通道数量多、传播距离远的情况。
以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。

Claims (4)

1.一种多通道超声波探伤单线传输信号系统，由探头（1）连接前端电路（12），通过传输线连接后端电路（13）；所述的前端电路包括多通道发射电路（2）、多通道接收放大电路（3）、基于FPGA的FPGA通道控制电路（4）；所述的后端电路（13）包括可控增益放大电路（9）、模数转换电路（10）、基于FPGA的主控电路（8）和探伤仪CPU及总线接口电路（11）；其特征在于：在后端电路（13）中增加控制信号编码电路（7），把主控FPGA（8）产生的同步信号和控制信号编码成方波信号加载到单一传输线（6）上；在前端电路（12）中增加控制信号解码电路（5），把接收到的方波信号处理后输入到多FPGA通道控制电路（4）专用的FPGA中进行信号解码；然后FPGA通道控制电路（4）进行通道切换，控制发射电路（2）和接收放大电路（3）工作；放大后的超声信号再通过单一传输线（6）输入到可控增益放大电路（9）中，实现单线传输同步信号、控制信号和超声信号；所述的传输线是单一的传输线（6）。
2.一种多通道超声波探伤单线传输信号的方法，多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为一个工作周期,其特征在于：把一个周期的时间分为控制时段和接收时段,包含以下步骤：
(1)在控制时段，主控FPGA(8)产生的同步信号和控制信号编码成方波通过信号编码电路(7)加载到单一传输线(6)上，前端电路解码电路(5)接收后通过前端FPGA通道控制电路(4)控制通道发射(2)超声波，完成控制时段工作；
(2)在接收时段，接收到的超声信号首先通过接收放大电路（3）放大，然后加载到单一传输线（6）上，传输到后端电路（13）后再通过可控增益放大电路（9）放大，最后通过模数转换电路（10）把超声信号数字化，并通过主控FPGA（8）传输到探伤仪CPU（11）中，完成接收时段工作。
3.根据权利要求2所述的一种多通道超声波探伤单线传输信号的方法，其特征在于，一个工作周期开始后，前端电路（12）中FPGA通道控制电路（4）专用的FPGA工作在准备阶段；后端电路（13）中的主控FPGA（8）发送同步信号和控制编码信号；FPGA通道控制电路（4）根据解码的控制信号进行通道控制和参数设置，然后产生一个超声波触发信号，使发射电路（2）产生超声波；从主控FPGA（8）产生同步信号到前端电路产生触发信号的时间是一个固定时间；此后，后端的可控增益放大电路（9）和模数转换电路（10）开始工作，而前端FPGA通道控制电路（4）又进入准备阶段，等待下一个工作周期。
4.根据权利要求3所述的一种多通道超声波探伤单线传输信号的方法，其特征在于，从时序上来讲，主控FPGA（8）是主动工作状态，前端FPGA通道控制电路（4）是被动工作状态，控制时段和接收时段相互不受影响。
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