CN107192356B - 脉冲式差分电磁超声检测仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲式差分电磁超声检测仪器。其中，该检测仪器组成及连接关系为：可编程ASIC器件，与第一激励波形发射电路、第二激励波形发射电路、接收电路配置电路、模数转换电路、接收波形存储电路、通讯接口电路均相连；第一激励波形发射电路，还与差分式电磁超声传感器的正端及公共端相连；第二激励波形发射电路，还与差分式电磁超声传感器的负端及公共端相连；接收电路配置电路，还与接收信号调理电路相连；模数转换电路，还与所述接收信号调理电路相连；接收信号调理电路，与接收电路配置电路、模数转换电路及差分式电磁超声传感器均相连。本发明解决了现有电磁超声检测技术中激励端发射、接收端接收信号能量均较低的技术问题。

Description

脉冲式差分电磁超声检测仪器

技术领域

本发明涉及电磁超声无损检测领域，具体而言，涉及一种脉冲式差分电磁超声检测仪器。

背景技术

现场存在众多需要在线快速检测的在役、在制金属设备。例如，压力容器、高温管道、高速铁轨等需要定期在役检测以维护设备的正常使用；钢板或钢管在生产过程中，需要对其加工质量进行在线检测以保证母材的质量。相对于压电超声检测技术，由于电磁超声检测技术的非接触、无需打磨表面、不需要耦合剂的特点，使得它更适合对金属设备进行在役、在线检测。

目前电磁超声检测仪器采用单端激励、单端接收方式工作，激励端发射、接收端接收信号能量均较低，所述仪器隔着防锈漆对常用金属材料设备进行检测时，检测深度有限，导致现场应用时许多位置无法得到有效检测；对声速高衰减材料、电‐磁‐声能量转换效率低材料(如奥氏体不锈钢)、高温下声速衰减大材料进行检测时，无法得到有效检测信号；对高速铁轨、钢板或钢管生产线等需要在线快速检测的场合，需要多次平均以消除干扰噪声，导致检测速度较慢，无法满足快速在线检测的需求。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种脉冲式差分电磁超声检测仪器，以至少解决现有电磁超声检测技术中激励端发射、接收端接收信号能量均较低的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种脉冲式差分电磁超声检测仪器，包括：第一激励波形发射电路，与差分式电磁超声传感器的正端相连，与所述差分式电磁超声传感器的公共端相连，与可编程ASIC器件相连；第二激励波形发射电路，与所述差分式电磁超声传感器的负端相连，与所述差分式电磁超声传感器的公共端相连，与所述可编程ASIC器件相连；接收电路配置电路，与所述可编程ASIC器件相连，与接收信号调理电路相连；模数转换电路，与所述可编程ASIC器件相连，与所述接收信号调理电路相连；接收波形存储电路，与所述可编程ASIC器件相连；通讯接口电路，与所述可编程ASIC器件相连；接收信号调理电路，与所述接收电路配置电路、所述模数转换电路、所述差分式电磁超声传感器均相连；可编程ASIC器件，与所述第一激励波形发射电路、所述第二激励波形发射电路、所述接收电路配置电路、所述模数转换电路、所述接收波形存储电路、所述通讯接口电路均相连。

进一步地，所述第一激励波形发射电路包括：四路高速隔离电路，与所述可编程ASIC器件相连。

进一步地，所述第一激励波形发射电路包括：四路电压电流放大电路，与所述四路高速隔离电路相连。

进一步地，所述第一激励波形发射电路包括：第一全桥高压大电流开关电路，与所述差分式电磁超声传感器的正端、所述差分式电磁超声传感器的公共端、所述四路电压电流放大电路均相连。

进一步地，所述接收信号调理电路包括：双路限幅电路，与所述差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端均相连，与双路三极管放大电路相连；双路三极管放大电路，与所述双路限幅电路相连，与差分单端转换电路相连；差分单端转换电路，与所述双路三极管放大电路相连，与带通滤波电路相连。

进一步地，所述接收信号调理电路包括：带通滤波电路，与所述差分单端转换电路相连，与第一级程控放大电路相连；第一级程控放大电路，与所述带通滤波电路相连，与第二级程控放大电路相连；第二级程控放大电路，与低通滤波电路相连，与所述第一级程控放大电路相连。

进一步地，所述接收信号调理电路包括：低通滤波电路，与所述第二级程控放大电路相连，与单端/差分转换电路相连；单端/差分转换电路，与所述低通滤波电路相连，与所述模数转换电路相连。

进一步地，所述接收信号调理电路还包括：第一输出钳位电路，与所述差分单端转换电路并联；第二输出钳位电路，与所述第一级程控放大电路并联；第三输出钳位电路，与所述第二级程控放大电路并联。

进一步地，所述接收电路配置电路包括：截止频率选择电路，与所述带通滤波电路相连，与所述可编程ASIC器件相连；第一路D/A转换电路，与所述第一级程控放大电路相连，与所述可编程ASIC器件相连；第二路D/A转换电路，与所述第二级程控放大电路相连，与所述可编程ASIC器件相连。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于脉冲式差分电磁超声检测仪器的检测方法，包括：可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的第一参数，其中，所述第一参数至少包括：激励频率、周期数参数、截止频率、增益参数、采样频率；所述可编程ASIC器件根据所述截止频率和所述增益参数控制接收电路配置带通滤波截止频率和设置第一、二路D/A转换电路输出电压；所述可编程ASIC器件根据所述激励频率、所述周期数参数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，所述两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端、公共端；所述可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收所述差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理；所述可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路。

在本发明实施例中，可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数；可编程ASIC器件根据截止频率和增益控制接收电路配置带通滤波截止频率和设置第一、二路D/A转换电路的输出电压；可编程ASIC器件根据激励频率、周期数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端、公共端；可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理；可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路，再将波形数据点依次读出后经通讯接口电路输出。采用差分结构作为激励信号输出级，从而将加载在电磁超声传感器上的激励电压成倍增加，使得激发出的超声波能量更大，采用差分结构作为接收信号输入级，使得进入接收信号调理电路的微弱回波信号幅值成倍增加，达到了提高电磁超声无损检测中激励、接收能量的技术效果，进而解决了现有电磁超声检测技术中激励端发射、接收端接收信号能量均较低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种脉冲式差分电磁超声检测仪器的示意图；

图2是根据本发明实施例的另一种脉冲式差分电磁超声检测仪器的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种基于脉冲式差分电磁超声检测仪器的检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例的一种脉冲式差分电磁超声检测仪器的示意图，如图1所示，该脉冲式差分电磁超声检测仪器包括：第一激励波形发射电路10、第二激励波形发射电路20、接收电路配置电路30、模数转换电路40、接收波形存储电路50、通讯接口电路60、接收信号调理电路70、可编程ASIC器件80。

第一激励波形发射电路10，通过图1用阿拉伯数字1表示的端口与差分式电磁超声传感器90的正端相连，通过图1用阿拉伯数字2表示的端口与差分式电磁超声传感器90的公共端相连，通过图1用阿拉伯数字3表示的端口与可编程ASIC器件80相连。

第二激励波形发射电路20，通过图1用阿拉伯数字1表示的端口与差分式电磁超声传感器90的负端相连，通过图1用阿拉伯数字2表示的端口与差分式电磁超声传感器90的公共端相连，通过图1用阿拉伯数字3表示的端口与可编程ASIC器件80相连。

接收电路配置电路30，与可编程ASIC器件80相连，与接收信号调理电路70相连。

模数转换电路40，与可编程ASIC器件80相连，与接收信号调理电路70相连。

接收波形存储电路50，与可编程ASIC器件80相连。

通讯接口电路60，与可编程ASIC器件80相连。

接收信号调理电路70，与接收电路配置电路30、模数转换电路40、差分式电磁超声传感器90均相连。

可编程ASIC器件80，与第一激励波形发射电路10、第二激励波形发射电路20、接收电路配置电路30、模数转换电路40、接收波形存储电路50、通讯接口电路60均相连。

作为主控电路的可编程ASIC器件80可为FPGA或CPLD。

接收波形存储电路50可为高速SDRAM或SRAM。

模数转换电路40可以是高速高精度A/D电路。

通讯接口电路60可以是USB2.0或USB3.0接口电路。

在本发明实施例中，可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数；可编程ASIC器件根据截止频率和增益控制接收电路配置带通滤波截止频率和设置第一、二路D/A转换电路的输出电压；可编程ASIC器件根据激励频率、周期数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端、公共端；可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理；可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路，再将波形数据点依次读出后经通讯接口电路输出。采用差分结构作为激励信号输出级，从而将加载在差分电磁超声传感器上的激励电压成倍增加，使得激发出的超声波能量更大，采用差分结构作为接收信号输入级，使得进入接收信号调理电路的微弱回波信号幅值成倍增加，进而解决了现有电磁超声检测技术中激励端发射、接收端接收信号能量均较低的技术问题。

根据本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器，可以很容易的衍生出测厚仪、探伤仪等功能，因此，使用类似结构的测厚仪、探伤仪都应落入本申请的保护范围。

图2是根据本发明实施例的另一种脉冲式差分电磁超声检测仪器的示意图。下面对图2中的器件进行详细说明。

作为主控电路的可编程ASIC器件：可为FPGA或CPLD；接收波形存储电路：可为高速SDRAM或SRAM；两路激励波形发射电路：各包含四路高速隔离电路、四路电压电流放大电路、全桥高压大电流开关电路；接收信号调理电路：包含双路限幅电路、双路三极管放大电路、单端差分转换电路、带通滤波电路、第一级程控放大电路、第二级程控放大电路、低通滤波电路、差分单端转换电路及第一、二、三输出钳位电路(分别是图2中的输出钳位电路1、输出钳位电路2、输出钳位电路3)；接收电路配置电路：截止频率选择电路、第一路D/A转换电路、第二路D/A转换电路；模数转换电路：高速高精度A/D电路；通讯电路：USB3.0接口电路。

FPGA接收通讯接口输入的激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数，依据截止频率值控制截止频率选择电路中带通滤波电路的截止频率，依据增益值分别设定第1路D/A转换电路(第一路D/A转换电路)、第2路D/A转换电路(第二路D/A转换电路)的输出电压，以控制第一级程控放大电路、第二级程控放大电路的放大倍数。

FPGA依据激励频率、周期数分别控制两路激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，分别加载在差分电磁超声传感器的正、公共端，负端、公共端，为差分电磁超声传感器提供两倍于单端检测仪器输出电压的高压激励信号。

同时，FPGA控制高速高精度A/D电路依据采样频率设定值设定的采样频率开始对接收信号调理电路处理后的接收信号进行模数转换，并将其依次存入接收波形存储电路，再将波形数据点依次读出后经通讯接口电路输出。

此时，完成一次激励、接收，即一次检测。

下面对可编程ASIC器件、两路激励波形发射电路、接收信号调理电路、接收电路配置电路的结构和作用进行详细说明。

可编程AS I C器件：

可编程ASIC器件接收通讯接口输入的激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数，将各参数存入FPGA中对应的激励频率寄存器、周期数寄存器、截止频率寄存器、增益寄存器、采用频率寄存器。

依据截止频率值控制截止频率选择电路中带通滤波电路的截止频率，依据增益值分别设定第1路D/A转换电路、第2路D/A转换电路的输出电压。

在激励波形发射时，依据激励频率、周期数输出8个有限周期方波信号以控制2路激励波形发射电路，这8个信号分为2组，每组为两个极性相同的有限周期方波信号、另两个与之极性相反的有限周期方波信号。

FPGA发射8个有限周期方波信号时，2路激励波形发射电路的导通与截止状态控制过程：对于第1路激励波形发射电路(第一激励波形发射电路)的控制，端口1、3输出两个极性相同的有限周期方波信号，分别控制全桥高压大电流开关电路1的左臂高端开关及右臂低端开关的通断，同时，端口2、4输出两个极性与端口1、3相反的有限周期方波信号控制全桥高压大电流开关电路1的左臂低端开关及右臂高端开关的通断。在每周期的前半个周期，左臂高端开关、右臂低端开关同时处于导通状态，左臂低端开关、右臂高端开关同时处于截止状态；反之，在每周期的后半个周期，左臂高端开关、右臂低端开关同时处于截止状态，左臂低端开关、右臂高端开关同时处于导通状态。

对于第2路激励波形发射电路(第二激励波形发射电路)的控制，端口1、3输出两个极性相同的有限周期方波信号，分别控制全桥高压大电流开关电路2的左臂高端开关及右臂低端开关的通断，同时，端口2、4输出两个极性与端口1、3相反的有限周期方波信号控制全桥高压大电流开关电路2的左臂低端开关及右臂高端开关的通断。在每周期的前半个周期，左臂高端开关、右臂低端开关同时处于截止状态，左臂低端开关、右臂高端开关同时处于导通状态；反之，在每周期的后半个周期，左臂高端开关、右臂低端开关同时处于导通状态，左臂低端开关、右臂高端开关同时处于截止状态。

在采集数据开始时，FPGA控制A/D转换器以设定的采样频率将接收信号处理电路处理后的模拟信号转换为数字信号，并在下一个点转换之前，能将该点的数据写入接收波形存储电路的某一个存储单元，在下一个点转换完成后，并在下下一个点转换完成前，将下一个点的数据写入接收波形存储电路的某一个存储单元的下一个单元，依次类推，直至将一次回波采集完成。

在数据传输时，FPGA将接收波形存储电路中的波形数据点依次读出来，并经通讯接口电路输出。

两路激励波形发射电路：

两路激励波形发射电路即为上述第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路。第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路各包含四路高速隔离电路、四路电压电流放大电路、全桥高压大电流开关电路，其中，四路高速隔离电路分别对FPGA输入的四路数字信号进行隔离并转换模拟信号，四路电压电流放大电路分别对四路模拟信号进行电压电流放大，提供给全桥高压大电流开关电路的四个桥臂。注意，各桥臂的高端驱动电路需采用悬浮驱动方式。

本发明采用两个全桥高压大电流开关电路分别为差分传感器的正、负端提供极性相反的高压激励信号，使得加载在差分电磁超声传感器上的激励电压相对于单端激励方式增大1倍。

从增大激励信号功率的角度，本发明采用的差分结构作为激励信号输出级，提供的激励信号功率相对于单端激励方式增大了3倍，使得差分电磁超声传感器激发出的超声波能量更大。

接收信号调理电路：

接收信号调理电路采用双路限幅电路将差分电磁超声传感器上的两路差分信号分别进行限幅，再采用两路三极管电路分别对其进行前置放大，再将前置放大后的两路差分信号分别经单端差分转换电路转换进行固定倍数的放大并转换为单端信号，带通滤波电路滤除电路中的干扰信号，第一级程控放大电路和第二级级程控放大电路分别对滤波后的信号进行程控放大，低通滤波电路对程控放大后的信号进行抗混淆滤波，单端差分转换电路将单端信号转换为差分信号，提供给A/D转换器。输出钳位电路1(第一输出钳位电路)、输出钳位电路2(第二输出钳位电路)、输出钳位电路3(第三输出钳位电路)分别对输出信号进行钳位，避免限幅后的高压激励信号对后续电路产生较大的冲击，减小后续电路从饱和状态恢复至正常放大状态的时间。

这样不仅可接收差分电磁超声传感器上的差分信号，还可从饱和状态快速恢复以对接收信号进行高增益放大，使得接收到回波信号幅值更大，更是避免了同时分别对两路差分信号进行相同倍数的放大，减少了器件的使用数量，从而降低整个接收信号调理电路产生的随机噪声幅值，增大检测信号的信噪比。

从提高接收信号幅值的角度，采用双路限幅电路将差分电磁超声传感器上的两路差分信号分别进行限幅，再采用两路三极管电路分别对其进行前置放大，再将前置放大后的两路差分信号分别进行差分放大并转换为单端信号，带通滤波后再采用两级程控放大器进行放大，可得到信噪比更好、幅值更大的回波信号。

接收电路配置电路：

截止频率选择电路按FPGA输入的截止频率选择信号控制带通滤波电路的截止频率、第一路D/A转换电路和第二路D/A转换电路按FPGA输入的增益控制信号分别设定两路输出电压。

下面对本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器的连接方式和工作流程进行说明。

(1)上位机软件界面设置激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数；

(2)各参数经USB接口电路传输给FPGA，FPGA解析各参数并设定带通滤波电路的截止频率、控制两路D/A转换电路输出对应电压以设定两路程控增益电路的放大倍数、设定激励频率寄存器、周期数寄存器、采样频率寄存器；

(3)FPGA依据激励频率寄存器的设定值对输出2组4路信号分别控制2个四路高速隔离电路，2个四路高速隔离电路分别驱动2组四路电压电流放大电流，2组四路电压电流放大电流分别驱动2个全桥高压大电流开关电路，全桥高压大电流开关电路1(第一全桥高压大电流开关电路)的第1端接差分式电磁超声传感器的正端，全桥高压大电流开关电路2的第1端接差分式电磁超声传感器的负端，全桥高压大电流开关电路1第2端和全桥高压大电流开关电路2第2端接同时接差分式电磁超声传感器的公共端。

全桥高压大电流开关电路1的第1端和第2端之间形成有限周期的高压大电流方波信号，两路高压大电流方波信号极性相反，周期数相同，则在差分式电磁超声传感器的正、负端之间形成两倍于单端激励电压的有限周期高压激励信号。

在检测时，该高压大电流信号加载在差分式电磁超声传感器的正、负端口，并且差分式电磁超声传感器的公共端应与全桥高压大电流开关电路1和2的第2端连接，此时，可为差分式电磁超声传感器提供大电流激励信号。

(4)差分式电磁超声传感器的正、负、公共端同时也需与双路限幅电路连接，正端、公共端输入一组线圈感知的超声信号，负端、公共端输入另一组线圈感知的超声信号，正、负端输入的信号极性相反，两极性相反的信号经双路限幅电路进行限幅后分别经两组相同的三极管放大电路进行相同放大倍数的放大，放大后的2组极性相反的信号经单端差分转换电路进行差模放大并转换为单端信号，输出钳位电路1(第一输出钳位电路)对其输出值进行钳位，带通滤波器分别滤除高频和低频噪声，滤波后的信号经第1级程控放大电路(第一级程控放大电路)按设定的放大倍数进行放大，输出钳位电路2(第二输出钳位电路)对其输出值进行钳位，并经第2级程控放大电路(第二级程控放大电路)按设定的放大倍数再次进行放大，输出钳位电路3(第三输出钳位电路)对其输出值进行钳位，放大后的信号经低通滤波电路进行抗混淆滤波，滤波后的信号经单端/差分转换电路转换为差分信号，并有高速高精度A/D转换器进行数字化。

在FPGA发射激励的同时，控制高速高精度A/D转换器以设定采样频率开始采集数据，并将采集的数据存入接收波形存储电路。

(5)在完成一组数据采集后，FPGA控制USB接口电路读取接收波形存储电路中存储的波形数据点，并传给上位机。

(6)此时，完成一次检测。

现有技术中电磁超声检测仪器存在激励能量低、接收信号信噪比差的问题，特别是对于一些电磁超声具有独特应用的场合，激励能量不足会导致此项技术无法使用。

本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器采用差分驱动结构及差分接收等结构，提高加载在电磁超声换能器上的激励信号的能量，并同时增强从电磁超声传感器上获得的接收信号的能量，从提高激励能量的角度，本发明仪器采用差分结构作为激励信号输出级，可将加载在差分电磁超声传感器上的激励电压增加1倍，使得激发出的超声波能量更大；从提高接收信号幅值的角度，采用双路限幅电路将差分电磁超声传感器上的两路差分信号分别进行限幅，再采用两路三极管电路分别对其进行前置放大，再将前置放大后的两路差分信号分别进行差分放大并转换为单端信号，带通滤波后再采用两级程控放大器进行放大，可得到信噪比更好、幅值更大的回波信号。

对于带防锈漆金属设备的在役检测，本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器可使得检测深度或壁厚范围得到有效增大，才使得电磁超声检测技术在现场能得到有效应用。

对声速高衰减材料、电-磁-声能量转换效率低材料(如奥氏体不锈钢)、高温下声速衰减大材料的检测，本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器通过对激励能量和接收能量的有效提高，才使得电磁超声检测技术能对其进行有效检测。

对于高速铁轨、钢板或钢管生产线等需要在线快速检测的场合，本发明实施例提供的脉冲式差分电磁超声检测仪器通过对激励、接收能量的同步提高，可在不平均或少平均的前提下，快速获得高信噪比检测信号，使得在线快速检测能获得较好的检测结果。

根据本发明实施例，还提供了一种基于脉冲式差分电磁超声检测仪器的检测方法。

图3是根据本发明实施例的一种基于脉冲式差分电磁超声检测仪器的检测方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S302，可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的第一参数，其中，第一参数至少包括：激励频率、周期数参数、截止频率、增益参数、采样频率。

步骤S304，可编程ASIC器件根据截止频率和增益参数控制接收电路配置电路的截止频率和输出电压。

步骤S306，可编程ASIC器件根据激励频率、周期数参数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端、公共端。

步骤S308，可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理。

步骤S310，可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路。

在本发明实施例中，可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的激励频率、周期数、截止频率、增益、采样频率等参数；可编程ASIC器件根据截止频率和增益控制接收电路配置电路的截止频率和输出电压；可编程ASIC器件根据激励频率、周期数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端，负端、公共端；可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理；可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路，再将波形数据点依次读出后经通讯接口电路输出。采用差分结构作为激励信号输出级，从而将加载在差分电磁超声传感器上的激励电压成倍增加，使得激发出的超声波能量更大，采用差分结构作为接收信号输入级，使得进入接收信号调理电路的微弱回波信号幅值成倍增加，进而解决了现有技术电磁超声无损检测中激励、接收能量低的技术问题。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脉冲式差分电磁超声检测仪器，其特征在于，包括：

第一激励波形发射电路，与差分式电磁超声传感器的正端相连，与所述差分式电磁超声传感器的公共端相连，与可编程ASIC器件相连；

第二激励波形发射电路，与所述差分式电磁超声传感器的负端相连，与所述差分式电磁超声传感器的公共端相连，与所述可编程ASIC器件相连；

接收电路配置电路，与所述可编程ASIC器件相连，与接收信号调理电路相连；

模数转换电路，与所述可编程ASIC器件相连，与所述接收信号调理电路相连；

接收波形存储电路，与所述可编程ASIC器件相连；

通讯接口电路，与所述可编程ASIC器件相连；

接收信号调理电路，与所述接收电路配置电路、所述模数转换电路、所述差分式电磁超声传感器均相连；

可编程ASIC器件，与所述第一激励波形发射电路、所述第二激励波形发射电路、所述接收电路配置电路、所述模数转换电路、所述接收波形存储电路、所述通讯接口电路均相连。

2.根据权利要求1所述的检测仪器，其特征在于，所述第一激励波形发射电路包括：

四路高速隔离电路，与所述可编程ASIC器件相连。

3.根据权利要求2所述的检测仪器，其特征在于，所述第一激励波形发射电路包括：

四路电压电流放大电路，与所述四路高速隔离电路相连。

4.根据权利要求3所述的检测仪器，其特征在于，所述第一激励波形发射电路包括：

第一全桥高压大电流开关电路，与所述差分式电磁超声传感器的正端、所述差分式电磁超声传感器的公共端、所述四路电压电流放大电路均相连。

5.根据权利要求1所述的检测仪器，其特征在于，所述接收信号调理电路包括：

双路限幅电路，与所述差分式电磁超声传感器的正端、公共端、负端均相连，与双路三极管放大电路相连；

双路三极管放大电路，与所述双路限幅电路相连，与差分单端转换电路相连；

差分单端转换电路，与所述双路三极管放大电路相连，与带通滤波电路相连。

6.根据权利要求5所述的检测仪器，其特征在于，所述接收信号调理电路包括：

带通滤波电路，与所述差分单端转换电路相连，与第一级程控放大电路相连；

第一级程控放大电路，与所述带通滤波电路相连，与第二级程控放大电路相连；

第二级程控放大电路，与低通滤波电路相连，与所述第一级程控放大电路相连。

7.根据权利要求6所述的检测仪器，其特征在于，所述接收信号调理电路包括：

低通滤波电路，与所述第二级程控放大电路相连，与单端/差分转换电路相连；

单端/差分转换电路，与所述低通滤波电路相连，与所述模数转换电路相连。

8.根据权利要求6所述的检测仪器，其特征在于，所述接收信号调理电路还包括：

第一输出钳位电路，与所述差分单端转换电路并联；

第二输出钳位电路，与所述第一级程控放大电路并联；

第三输出钳位电路，与所述第二级程控放大电路并联。

9.根据权利要求6所述的检测仪器，其特征在于，所述接收电路配置电路包括：

截止频率选择电路，与所述带通滤波电路相连，与所述可编程ASIC器件相连；

第一路D/A转换电路，与所述第一级程控放大电路相连，与所述可编程ASIC器件相连；

第二路D/A转换电路，与所述第二级程控放大电路相连，与所述可编程ASIC器件相连。

10.一种基于脉冲式差分电磁超声检测仪器的检测方法，基于权利要求1-9任一项所述的脉冲式差分电磁超声检测仪器实现，其特征在于，包括：

可编程ASIC器件接收通讯接口电路输入的第一参数，其中，所述第一参数至少包括：激励频率、周期数参数、截止频率、增益参数、采样频率；

所述可编程ASIC器件根据所述截止频率和所述增益参数控制接收电路配置电路的截止频率和输出电压；

所述可编程ASIC器件根据所述激励频率、所述周期数参数控制第一激励波形发射电路和第二激励波形发射电路发出两路极性相反的高压激励信号，所述两路极性相反的高压激励信号分别加载在差分式电磁超声传感器的正端、公共端，负端、公共端；

所述可编程ASIC器件控制接收信号调理电路接收所述差分式电磁超声传感器发出的信号，并进行处理；

所述可编程ASIC器件控制模数转换电路对接收信号调理电路处理后的信号进行模数转换，并将其同步存入接收波形存储电路。