CN103822702A - 一种用于超声相控阵换能器声场测量数据采集同步触发的脉冲信号转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明是为超声相控阵换能器声场扫查系统中用到的一个信号转换装置，功能是将单路的脉冲信号转换为双路差分编码器信号，完成换能器的激励与数据采集卡的同步触发。本发明使用独立元件如逻辑非门、电阻、电容等，通过RC响应特性和逻辑门电路的整形特性来实现单路脉冲的延时，进而产生有一定相位差的双路编码器信号。该发明可使得编码器脉冲数与输入脉冲数相同，且两路脉冲宽度保持不变。并且输出信号使用反相器变换成差分信号，提高抗干扰能力。对于不同的输入脉冲的宽度或脉冲的频率可以通过简单调整电路中的电容和电阻参数来适应。本发明的装置体积小，成本低，实现简单，功能可扩展，适用于大范围的脉冲宽度转换领域。

Description

一种用于超声相控阵换能器声场测量数据采集同步触发的脉冲信号转换装置

一、技术领域：

本发明涉及一种简易的超声检测编码器触发信号产生装置，可应用于超声声场扫查系统需要编码器触发信号触发数据的采集，而系统中没有编码器的使用，而是使用单路脉冲触发步进电机的情形。同样的该装置也适用于其他类似的应用场合。

二、背景技术：

超声检测技术已成为无损检测领域的重要组成部分，超声检测系统中超声换能器的性能直接影响了检测的可靠性和可信度。随着对工业产品质量要求的提升，对超声检测的精度和准确性也有了更高的要求。超声换能器的声场特性是一个较为重要的性能参数，对于纵波探头，使用水听器和高精度扫查架系统配合数据采集和信号处理和成像技术可以得到换能器声场的分布情况。测量换能器声场，要同步采集水听器的位置数据和由水听器测量的该位置的声场数据（声压或质点振动位移数据）。数据采集的同步一般是利用扫查机构运动控制系统可通过编程是扫查轴每运动一定位移增量产生一个脉冲信号的特点，利用该脉冲触发超声检测仪器使其激励超声换能器发射超声波，对该位置进行一次检测，同时利用该脉冲触发数据采集器进行位置和声场信号的数据采集，从而实现位置和声场数据的同步采集。

然而，与超声相控阵换能器配合使用的超声相控阵检测仪器一般不具有接收单路脉冲而触发相控激励和接收进行一次检测的信号接口，给相控阵换能器声场测量数据同步采集带来了困难。超声相控阵检测仪器一般带有编码器信号接口，以实现特定位置触发检测的功能，但编码器信号接口为两路脉冲，因此需要研制单路脉冲到两路脉冲的信号转换装置，来解决超声相控阵换能器声场测量中的数据同步采集问题。

三、发明内容：

本发明的目的是研制一种用于超声相控阵换能器声场测量数据采集同步触发的脉冲信号转换装置。它可以将单路脉冲信号转换为双路编码器信号，并以差分信号输出，具有良好的抗干扰性。

本发明的目的是这样实现的：

为了使单路脉冲信号转换为具有一定相位差的两路信号，本发明利用两组非门电路将一路脉冲信号转换为两路脉冲信号，利用RC网路的响应特性进行脉冲的延时。延时部分采用两级延时，每级延时的电阻和电容值选取相同值，这样，即使因一个门电路的阈值漂移造成了第一级延时中上升沿与下降沿有不同的延时量，第二级反相的延时则会很好的抵消第一级上升沿与下降沿延时的不同，具有一定的温度补偿功能，使得脉冲宽度保持不变。使用两个反相器构造输出电路，使最终输出信号为差分信号，提高抗干扰能力。

本发明的有益效果是：在超声相控阵换能器声场测量时，只具有编码器触发形式而机械扫查系统中没有使用编码器来实现位置的检测情形下，可以利用本发明中的信号转换装置，实现位置信号与声场信号的同步采集，节约成本，功能良好。

四、附图说明：

附图1为该编码器信号产生装置电路原理示意图。

五、具体实施方式：

下面对本发明的具体电路方案进行详细说明：

本发明提出的信号转换装置中六个型号相同的反相器、两个阻值相同的电阻和两个容值相同的电容构成的电路如图1所示。

本发明完全使用独立元件如逻辑非门、电阻、电容等，通过RC响应特性和逻辑门电路的整形特性来实现单路脉冲的延时，进而产生有一定相位差的双路脉冲编码器模拟信号。输出脉冲数与输入脉冲数相同，不需要做另外的处理，且对输入矩形脉冲具有整形功能。

本发明只能对输入脉冲宽度大于延时量的脉冲进行等脉宽延时，否则不能得到正确的输出。为扩展本装置的适用范围，对于不同的输入脉冲的宽度或脉冲的频率可以通过简单调整电路中的电容和电阻参数来适应。

本发明中一方面单路脉冲连续经过两个反相器，得到与输入相同的没有延时的脉冲，且相比输入信号具有更好的波形整洁性。输出的脉冲作为编码器B信号，输出的脉冲再次通过反相器则作为编码器/B信号。另一方面单路脉冲先经过一个RC低通网络，然后进入第一级反相器。RC低通网络对理想上升沿的响应是指数函数，当电压值达到反相器阈值的时候，第一级反相器输出下降沿。同理在输入下降沿时，经过RC低通网络，一定时间后达到反相器下降阈值，反相器输出上升沿。第二级对脉冲延时功能与第一级相似，区别在于先对下降沿进行延时，输出上升沿，然后对上升沿进行延时输出下降沿。第二级反相器的输出作为编码器的A信号，再次经过反相器反相则为/A信号。该方案可以对门电路上升阈值与下降阈值不相同和因温度等因素引起的漂移有较好的补偿作用，保证输出脉宽与输入脉宽相等。

本发明中，A信号的总延时量为1.41RC，可根据实际应用中脉冲的宽度来确定电阻和电容的值。为防止RC低通网络的特征阻抗太小从而电流较大而使网络对输入信号有较强的负载效应，通常电阻值选取在2kΩ以上，电容通过计算获取。

本发明特别适合用于只具有编码器触发的超声相控阵仪器。本发明的装置体积小，成本低，实现简单，功能可扩展，适用于大范围的脉冲宽度转换领域。

Claims (4)

1.一种用于超声相控阵换能器声场测量数据采集同步触发的脉冲信号转换装置，其特征在于：可以将单路脉冲信号转换为有一定相位差的两路脉冲信号，将单路脉冲触发信号转换为两路信号，连接到超声相控阵检测仪器激励相控阵超声换能器，实现其声场测量时的位置信号与声场信号同步采集。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：脉冲延时模块使用双RC网络和双反相器，可以保证反相器上升阈值与下降阈值不相等时脉冲的宽度保持与输入脉冲相同，也可以补偿阈值因温度的漂移对输出脉冲宽度的影响。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：使用六个相同型号反相器，两个电阻和两个电容连接而成，两路输出信号为差分信号，两路输出信号间有一定的相位差。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：电阻值选取在2kΩ以上，电容通过计算获取，可以减小该装置对脉冲输入模块的负载效应。

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