CN107085036A - 一种工业无损探伤仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业无损探伤仪器，包括超声波检测模块、探头、电源模块、微处理器、数据采集处理模块和人机对话模块，探头、数据采集处理模块分别与超声波检测模块连接，超声波检测模块、电源模块、外接设备、数据采集处理模块、人机对话模块分别与微处理器连接，数据采集处理模块与人机对话模块连接；探头用于超声波的发射与接收，超声波检测模块用于对超声波的信号进行放大、滤波和检波，人机对话模块用于显示系统的工作状态以及对参数进行设置。本发明微处理器及其外围模块将被检测对象内部的回波信息扫描并转换成数字信息，可送液晶显示屏显示；能实现电源模块的最优化管理，节约能源、减少功耗、提高工作效力。

Description

一种工业无损探伤仪器

技术领域

本发明涉及探伤仪，具体涉及一种工业无损探伤仪器。

背景技术

无损检测诊断技术是在不损坏材料工件或产品的前提下，利用材料内部结构密度异常或缺陷的存在所引起的对声、磁、光、电、热场等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构件等内部和表面缺陷，并对缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化做出判断和评价。就超声波检测仪器领域来说，目前我国大多数科研单位、厂矿企业还是普遍采用传统的扫描脉冲反射式超声波探伤仪，方式单一，存在不直观、判伤难、无记录、对人员素质要求高、人为因素影响大等许多缺点，严重影响着超声波检测的可靠性，以及该领域技术和仪器设备的推广和使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术的超声波探伤仪不直观，影响检测的可靠性，目的在于提供一种工业无损探伤仪器，利用数字技术、使用显示器直观显示检测结果，减少人为主观因素的影响，提高可靠性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种工业无损探伤仪器，包括超声波检测模块、探头、电源模块、微处理器、数据采集处理模块和人机对话模块，所述探头、数据采集处理模块分别与超声波检测模块连接，所述超声波检测模块、电源模块、外接设备、数据采集处理模块、人机对话模块分别与微处理器连接，所述数据采集处理模块与人机对话模块连接；所述探头用于超声波的发射与接收，所述超声波检测模块用于对超声波的信号进行放大、滤波和检波，所述数据采集处理模块用于对超声波信号进行模数转换和存储，所述人机对话模块用于显示系统的工作状态以及对参数进行设置。

进一步地，超声波检测模块包括发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路，所述发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路分别与微处理器连接，所述发射电路、探头、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路。高频放大电路根据检测工件材料、厚度，超声波检测频段的需要，将接收到的微弱回波电压信号由毫伏级放大到0-0.2V；带通滤波电路满足了解决针对视频显示(检波显示，有利于峰值采集，方便确定缺陷当量)和射频显示(不检波显示，可保持波形状态，有助于缺陷性质的识别)的不同需要；由于探头既用于接收，又用于发送，因此设计阻尼限幅电路，避免损坏接收通道电路元件，避免接收通道在激励脉冲之后的一段时间不能正常接收缺陷回波信号，这样就可以避免造成工件近表面探伤的误判。

进一步地，数据采集处理模块包括EPLD芯片、数据存储器和模数转换芯片，所述数据存储器与模数转换芯片连接，所述数据存储器和EPLD芯片分别与微处理器连接，所述EPLD芯片与数据存储器连接，所述模数转换芯片通过连接检波电路与超声波检测模块连接。为了满足模数转换芯片转换后数字信息的高速度存储要求，选用EPLD芯片将转换后的数字信息进行实时缓存。

进一步地，人机对话模块包括液晶显示器和功能键盘，所述液晶显示器与微处理器连接，所述功能键盘通过连接EPLD芯片与数据采集处理模块连接。

进一步地，外部设备包括上位机和外端接口，所述上位机和外端接口连接，所述外部设备通过外端接口与微处理器连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明微处理器及其外围模块将被检测对象内部的回波信息扫描并转换成数字信息，进一步处理、存储后，可送液晶显示屏显示；同时实现电源模块的最优化管理，节约能源、减少功耗、提高工作效力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明硬件结构示意图；

图3为本发明结构电源模块电路图；

图4为本发明发射电路图；

图5为本发明阻尼限幅电路图；

图6为本发明高频放大电路图；

图7为本发明信号调理抑制电路；

图8为本发明检波电路。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1和图2所示，一种工业无损探伤仪器，包括超声波检测模块、探头、电源模块、微处理器、数据采集处理模块和人机对话模块，所述探头、数据采集处理模块分别与超声波检测模块连接，所述超声波检测模块、电源模块、外接设备、数据采集处理模块、人机对话模块分别与微处理器连接，所述数据采集处理模块与人机对话模块连接；所述探头用于超声波的发射与接收，所述超声波检测模块用于对超声波的信号进行放大、滤波和检波，所述数据采集处理模块用于对超声波信号进行模数转换和存储，所述人机对话模块用于显示系统的工作状态以及对参数进行设置。微处理器优先选用Intel公司的AT89C52芯片。

超声波的发射和接收都是通过探头实现的，选择探头需要考虑探头形式、晶片尺寸、角度、频率等几个方面的因素。探头形式包括直探头和斜探头，探头形式的选择取决于欲发现缺陷的部位和方位；晶片尺寸决定了近场的覆盖范围；超声波频率决定了超声波对缺陷的探测能力，高频率针对小缺陷；综上所述，探头优先选用德国SONY公司的SONIX230型超声检测探头，频率范围是0.5MHz-10MHz。

如图3所示，为电源模块的电路图。超声波检测仪要适合与现场检测，必须体积小、重量轻、工作时间长，还要分时响应待机工作状态或短暂的检测工作状态，因此使用高频开关电源，其中PWM为脉冲宽度调制型的控制电源转换的芯片，需要时响应超声波仪器的检测工作状态。

超声波检测模块包括发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路，所述发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路分别与微处理器连接，所述发射电路、探头、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路。

数据采集处理模块包括EPLD芯片、数据存储器和模数转换芯片，所述数据存储器与模数转换芯片连接，所述数据存储器和EPLD芯片分别与微处理器连接，所述EPLD芯片与数据存储器连接，所述模数转换芯片通过连接检波电路与超声波检测模块连接。模数转换芯片采用AD9058AJD。

如图4所示，为发射电路，图中FJ为微处理器发出的低压可调脉宽的高频脉冲电压信号，发射电路接收之后，产生高压的窄脉冲激励信号。本发射电路使用非谐振式发射电路，其发射频率由探头本身的自然频率决定。其工作过程为，稳态时，功率MOS管M31关断，高压直流电源通过电阻R31给高压储能电容C31充电；动态时，正触发脉冲FJ加在三极管P31上，三极管P31、功率MOS管M32导通，高压储能电容C31就通过功率MOS管M31、电阻R36和探头放电，探头收到储能电容C31所放电高压脉冲的激励，按照本身的自然谐振频率发射脉冲超声波。

如图5所示，为阻尼限幅电路。本超声波检测仪的接收通道采用并联限幅的保护电路，其中二极管D41、D42、D43和D44、D45、D46分别对正向和负向大脉冲高压信号进行限幅，保护了接收通道免受瞬时的脉冲高压冲击，提高了接收通道后续电路的阻抗塞特性和检测时的反应灵敏度。

如图6所示，为高频放大电路结构图，第一压控放大芯片和第二压控放大芯片均采用AD600AR，第一模数转换芯片和第二模数转换芯片均采用DAC0832，AD600AR具有线性分贝、噪声低、频带宽、增益精度高、增益控制灵活等特点。

如图7所示，为信号调理抑制电路，信号调理抑制电路连接在高频放大电路结构图，是为了优化高频放大电路的性能，信号调理抑制电路对来自电路供电系统频率在50Hz或60Hz的噪声或者信号放大后所有小于+0.2V，以及大于+2.0V的电压信号都进行抑制，使得信号调理抑制电路的输出范围达到+0.2V-2.0V，为模数转换芯片AD9058AJD提供良好的模拟转换信号，提高整个仪器的数据采样质量。

人机对话模块包括液晶显示器和功能键盘，所述液晶显示器与微处理器连接，所述功能键盘通过连接EPLD芯片与数据采集处理模块连接。

如图8所示，为检波电路。检波电路用LM733CN作为全波整流器件。芯片LM733CN是一个具有两路独立输入、独立输出的宽频带图像放大器。对高频率噪声有极好的抑制作用，极高的输出稳定性，非线性范围小，宽频带(0-120MHz)，钳位输入范围宽(正负5.0V)，125mV的低功耗，200K欧姆的高输入阻抗。本实施例中的探伤仪有射屏显示和视屏显示两种工作方式。本仪器常规采用的工作方式是，先检波(整流)，然后再模数转换，另一种工作方式是先模数转换，然后再进行数字处理，将其检波。两种选择方式非常灵活，既能节省微处理器数字处理时间，降低硬件成本，又保证了其回波信号进行二次处理的可能。

外部设备包括上位机和外端接口，所述上位机和外端接口连接，所述外部设备通过外端接口与微处理器连接。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种工业无损探伤仪器，其特征在于，包括超声波检测模块、探头、电源模块、微处理器、数据采集处理模块和人机对话模块，所述探头、数据采集处理模块分别与超声波检测模块连接，所述超声波检测模块、电源模块、外接设备、数据采集处理模块、人机对话模块分别与微处理器连接，所述数据采集处理模块与人机对话模块连接；所述探头用于超声波的发射与接收，所述超声波检测模块用于对超声波的信号进行放大、滤波和检波，所述数据采集处理模块用于对超声波信号进行模数转换和存储，所述人机对话模块用于显示系统的工作状态以及对参数进行设置。

2.根据权利要求1所述的一种工业无损探伤仪器，其特征在于，所述超声波检测模块包括发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路，所述发射电路、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路分别与微处理器连接，所述发射电路、探头、阻尼限幅电路、高频放大电路、带通滤波电路和检波电路。

3.根据权利要求2所述的一种工业无损探伤仪器，其特征在于，所述数据采集处理模块包括EPLD芯片、数据存储器和模数转换芯片，所述数据存储器与模数转换芯片连接，所述数据存储器和EPLD芯片分别与微处理器连接，所述EPLD芯片与数据存储器连接，所述模数转换芯片通过连接检波电路与超声波检测模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种工业无损探伤仪器，其特征在于，所述人机对话模块包括液晶显示器和功能键盘，所述液晶显示器与微处理器连接，所述功能键盘通过连接EPLD芯片与数据采集处理模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种工业无损探伤仪器，其特征在于，所述外部设备包括上位机和外端接口，所述上位机和外端接口连接，所述外部设备通过外端接口与微处理器连接。