CN109991316A

CN109991316A - 一种超声仪器校准装置

Info

Publication number: CN109991316A
Application number: CN201910358832.3A
Authority: CN
Inventors: 薛峰; 张义凤; 丁杰; 蒋建生
Original assignee: Shanghai Institute of Materials
Current assignee: Shanghai Institute of Materials
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2019-07-09

Abstract

本发明涉及一种超声仪器校准装置，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源模块、模拟放大器、高压脉冲转换电路，所述模拟放大器依次通过输出通道、反向高压保护电路、标准衰减器、20dB衰减模块连接被校准超声仪，所述高压脉冲转换电路通过触发通道连接被校准超声仪。与现有技术相比，本发明将目前已有的设备频率下限从0.5MHZ降到0.2MHZ，上限频率从15MHZ提高到30MHZ，以适应最新技术发展的需要；增加锂电池续航功能，方便操作人员在现场高效操作，不用在现场申请用电和拖拉电线。

Description

一种超声仪器校准装置

技术领域

本发明涉及超声仪器检定校准技术领域，尤其是涉及一种超声仪器校准装置。

背景技术

超声无损检测技术在上世纪二十年代后期正式被作为无损检测方法。上世纪六十年代，随着电子科技技术的快速发展以及超声检测技术的日益完善，在工业生产中超声检测技术开始得到广泛的应用。到了本世纪八十年代，随着大规模集成电路以及回波频谱分析和超声全息等高新技术的迅速发展，超声无损检测技术也逐渐朝着自动化、数字化以及智能化的方向发展。在最近的十年里，超声检测技术已经发展到一定阶段，各国科研机构以及国内外公司都加强了对检测技术的基础研究以及实践应用，推出了检测精度很高、监测数据可记录、可自动生成直观的二维和三维图像的超声探测仪器，在现代化工业中起到了非常重要的推动作用。

在工业生产中，大型零件是先进制造装备的关键部件，目前已经广泛应用于航空航天、船舶、冶金、电力、机械和国防军工等领域，其质量直接影响到装备运行的安全性和可靠性。越来越多的快速、高效的大型零件多通道自动超声测控系统被研制、并越来越多地被应用于实际生产。据不完全统计，目前我国仅在大型冶金企业生产线上已安装的自动超声多通道检测系统超过百余套。经自动超声检测系统的产品多为高附加值高端产品。这些领域的客户对生产企业的自动检测设备性能要求极高，尤其对于设备的定期校准和检定要求特别严苛，而根据JJG 746《超声波探伤仪检定规程》，超声波探伤仪的校准周期一般不超过一年。

现有校准设备频率范围为0.5～15MHz，已不满足最新技术的发展需求，现在高性能的水浸超声系统频率都在20～30MHz，空气耦合的超声系统频率已高达 50MHz；同时由于不是实验室校准，现场多通道超声检定校准时携带过多和较大的设备将严重影响检定校准的效率。自动超声多通道检测系统与常规单体设备的区别在于其均位于生产线上，停机校准时间严格且有限，停机时间一般很难超过10 小时，一旦到达运行时间，必须按照生产线整体节奏开机工作，这就要求校准工作必须高效、有序，不能有半点耽搁。更多的通道也将导致记录时间变长，因此迫切需要可自动记录数据和在线联网的检定校准设备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超声仪器校准装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超声仪器校准装置，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源模块、模拟放大器、高压脉冲转换电路，所述模拟放大器依次通过输出通道、反向高压保护电路、脉冲功率装置、标准衰减器、20dB衰减模块连接被校准超声仪，所述高压脉冲转换电路通过触发通道连接被校准超声仪。

优选的，所述电源模块包括电源管理模块和分别与电源管理模块连接的锂电池模块和AC220V电源转换模块，所述电源管理模块与所述微处理器连接。

优选的，所述微处理器还通过串口模块连接WIFI模块。

优选的，所述微处理器设有按键和旋钮。

优选的，所述旋钮包括频率旋钮、增益旋钮和延时旋钮。

优选的，所述微处理器设有液晶显示模块。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过微处理器实现数字频率合成(DDS)，将目前已有的设备频率下限从 0.5MHZ降到0.2MHZ，上限频率从15MHZ提高到30MHZ，以适应最新技术发展的需要；可应用于包括A型超声探伤仪、衍射时差法超声探伤仪、相控阵超声探伤仪、水浸超声探伤系统、超声测厚仪等，但不限于此类超声类仪器的水平线性、垂直线性、衰减器误差、动态范围、最大使用灵敏度、超声频率响应、放大器响应频率等性能参数的校准，应用范围广泛。

2、增加锂电池续航功能，方便操作人员在现场高效操作，不用在现场申请用电和拖拉电线。

3、通过WIFI模块实现数据记录和上传功能，减少记录流程和计算的耗时等问题。

附图说明

图1为本发明超声仪器校准装置的结构示意图；

图2为本发明超声仪器校准装置猝发脉冲串原理图；

图3为本发明超声仪器校准装置频率数据保存流程。

图中标注：1、AC220V电源转换模块，2、锂电池模块，3、电源管理模块，4、微处理器，5、模拟放大器，6、输出通道，7、反向高压保护电路，8、WIFI模块， 9、标准衰减器，10、20dB衰减模块，11、被校准超声仪，12、触发通道，13、高压脉冲转换电路，14、按键旋钮组件，15、按键，16、频率旋钮，17、增益旋钮， 18、延时旋钮，19、串口模块，20、液晶显示模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本申请提出一种超声仪器校准装置，包括微处理器4和分别与微处理器4连接的电源模块、模拟放大器5、高压脉冲转换电路13，模拟放大器5 依次通过输出通道6、反向高压保护电路7、标准衰减器9、20dB衰减模块10连接被校准超声仪11，高压脉冲转换电路13通过触发通道12连接被校准超声仪11。通过微处理器进行编程实现数字频率合成(DDS)。

电源模块包括电源管理模块3和分别与电源管理模块3连接的锂电池模块2 和AC220V电源转换模块1，电源管理模块3与微处理器4连接。锂电池可以适应一些现场校准不方便接入AC220V电源的情况。AC220V电源转换模块1采用具有 3C认证的现有模块，具体为明伟牌35W-5V电源模块。锂电池模块2由锂电池厂商提供并具有充放电保护功能，型号为18650。电源管理模块3具体为5V电源管理模块3，芯片型号为TC4056A，采用单刀双掷开关和自恢复保险丝，保险丝最大熔断能力为2A。

本实施例中，微处理器4采用可编程逻辑微处理器FPGA，实际也可以采用专用的通信处理器，例如LCMX系列芯片进行实施。标准衰减器9有如下档位：10dB、1dB、0.1dB，总dB值大于80dB。高压脉冲转换电路13主要功能为将50～400V脉冲电压转换成3～5V正脉冲，利用RC电路和555定时器转化。反向高压保护电路 7为防止操作人员将高压脉冲接入到本装置输出端，从而造成装置的损坏而设置。

微处理器4还通过串口模块19连接WIFI模块8。操作人员将操作的数据通过串口模块19连接WIFI模块8发送到网络。WIFI模块8可以直接采用具有串口功能的WIFI模块8，通过串口模块19与微处理器4实现通讯。

微处理器4设有按键旋钮组件14，包括按键15和旋钮。按键15采用4×4矩阵按键15。旋钮包括频率旋钮16、增益旋钮17和延时旋钮18。本实施例中，具体采用旋转编码器作为输入按钮进行频率、增益、延时的无级调节。

技术人员在使用本装置时可以通过按钮实现中英文的输入、保存、上传，通过频率旋钮16实现频率调节，增益旋钮17实现输出电压调节，延时旋钮18实现延时调节。

微处理器4设有液晶显示模块20，具体采用64×128液晶显示模块20，为SPI 总线通讯。

本实施例中，微处理器4、电源管理模块3、按键旋钮组件14、模拟放大器5、高压脉冲转换电路13、液晶显示模块20、串口模块19、WIFI模块8制作在同一块PCB电路板中。输出通道6、反向高压保护电路7、标准衰减器9、20db衰减模块间采用同轴电缆连接，装置外壳外的输入输出端采用BNC连接头进行安装。

通过对微处理器4编程实现图2所示波形，通过模拟放大器5输出，输出电压为-5V到5V，电压可以通过调节增益旋钮17进行调节。

图2中猝发正弦脉冲串主要由一个周期、猝发波形、两个波形之间的延时、频率、脉冲个数、脉冲串个数组成。这些参数通过按键旋钮组件14实现调节。两个波形之间的延时不可等于0，以避免前后两个周期的重合。脉冲个数的个数应该在 5至50之间可调，通过按钮15进行调节。脉冲串周期应小于20us，频率的可调范围为0.2～30MHZ，脉冲串个数最小个数应保证10个以上，以避免被测量仪器范围过大导致水平线性等参数无法测量。这部分功能皆可通过现有编程方法实现。

本装置数据记录的一个结构实例如下：

{"序号":"NO001","日期":"年-月-日","地点":"上海市","公司":"XX公司","温度 ":"XX","湿度":"XX","设备":{"名称":"超声探伤仪","型号":"XXX","序列号 ":"ED1231"},"通道":[{"0":"中心频率","低频":"频率值","高频":"频率值"},{"1":"中心频率","低频":"频率值","高频":"频率值"},{"2":"中心频率","低频":"频率值","高频":" 频率值"}]}

为便于理解，本实施例采用中文示例，此结构为JSON数据结构。JSON(JaScriptObject Notation,JS对象简谱)是一种轻量级的数据交换格式，它基于ECMAScript (欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。简洁和清晰的层次结构使得JSON成为理想的数据交换语言，易于阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，并有效地提升网络传输效率。技术人员按照此数据实例编程即可实现数据记录。本装置的频率数据保存流程如图 3所示。

Claims

1.一种超声仪器校准装置，其特征在于，包括微处理器和分别与微处理器连接的电源模块、模拟放大器、高压脉冲转换电路，所述模拟放大器依次通过输出通道、反向高压保护电路、标准衰减器、20dB衰减模块连接被校准超声仪，所述高压脉冲转换电路通过触发通道连接被校准超声仪。

2.根据权利要求1所述的一种超声仪器校准装置，其特征在于，所述电源模块包括电源管理模块和分别与电源管理模块连接的锂电池模块和AC220V电源转换模块，所述电源管理模块与所述微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的一种超声仪器校准装置，其特征在于，所述微处理器还通过串口模块连接WIFI模块。

4.根据权利要求1所述的一种超声仪器校准装置，其特征在于，所述微处理器设有按键和旋钮。

5.根据权利要求4所述的一种超声仪器校准装置，其特征在于，所述旋钮包括频率旋钮、增益旋钮和延时旋钮。

6.根据权利要求1所述的一种超声仪器校准装置，其特征在于，所述微处理器设有液晶显示模块。