CN110045017A - 无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统及探伤方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水下超声波相控阵探伤技术领域,尤其涉及无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统及探伤方法,包括云平台、PC端和超声波相控阵探伤仪,所述超声波相控阵探伤仪包括FPGA芯片集成板、高压脉冲发射电路、发射端波形采集电路、回波信号接收采集电路、相控阵探头、电平转换电路和GPRS模块,所述超声波相控阵探伤仪探伤所得数据由GPRS模块以无线传输的方式发送到PC端和云平台,所述发射端波形采集电路包括分压衰减电路和多通道ADC模块一。本发明的探伤系统不仅采集超声波的探伤回波信号,也采集发射端所发出的波形信号,能够有效提高波束聚焦、扫描的精度,使用的探伤方法先实行初始检测再进行聚焦扫描,可以有效提高检测效率。

Description

无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统及探伤方法
技术领域
本发明涉及水下超声波相控阵探伤技术领域,尤其涉及无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统及探伤方法。
背景技术
超声波探伤仪是近年来比较流行的一种无损检测仪器,广泛应用于铁路交通、金属加工、管道和建筑行业。超声相控阵技术通过控制阵列换能器各阵元的发射,达到合成声束的聚焦、扫描等各种效果,从而进行超声成像。在相控阵超声发射状态下,阵列换能器中各阵元按一定延时规律顺序激发,产生的超声发射子波束在空间合成,形成聚焦点和指向性。改变各阵元激发的延时规律,可以改变焦点位置和波束指向,形成在一定空间范围内的扫描聚焦。
现有的超声波相控阵探伤仪大多数应用于陆上,水下探伤仪较少。以往的超声波相控阵探伤仪只对回波信号进行采集,根据聚焦、扫描的声束波形判定缺陷损伤。缺乏发射端的波形信号反馈校正,在外界复杂的情况下发射的波形可能受到干扰,无法观察到具体的发射波形。没有初始探测波形,无法与回波信号进行比较,降低了探伤仪的准确性。
通用串行总线(USB)是一种快速灵活的总线接口,在现行的许多超声波探伤仪上广泛应用。用户通过USB数据线将探伤仪中测量的数据传输到PC机上进行分析处理。传统的超声波探伤仪的数据传输方式较为单一,传输时会受到传输数据线的限制,而且不能实时传输数据。数据需要先传输到PC机中才能上传到互联网,临时存储的数据可能会丢失。现行的水下仪器多采用同轴电缆来实现数据的实时传输和供电,这种方式在水下作业时不方便。
综上所述,超声波相控阵探伤仪具有以下不足:一、没有发射端波形信号数据,无法与探测结果进行对比分析处理,不利于提高波束聚焦、扫描的精度;二、在初始检测时,无法快速确定缺陷损伤的位置,需要不断调整波束聚焦、扫描位置;三、数据传输不便,无法实时随地传输数据,或传输数据受到线缆限制;四、无法上传到互联网存储平台,不能及时共享数据,检测数据也可能会丢失。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统及探伤方法,该探伤系统不仅采集超声波的探伤回波信号,也采集发射端所发出的波形信号,能够有效提高波束聚焦、扫描的精度,使用的探伤方法先实行初始检测再进行聚焦扫描,可以有效提高检测效率。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,包括云平台、PC端和超声波相控阵探伤仪,所述超声波相控阵探伤仪包括FPGA芯片集成板、高压脉冲发射电路、发射端波形采集电路、回波信号接收采集电路、相控阵探头、电平转换电路和GPRS模块,所述超声波相控阵探伤仪探伤所得数据由GPRS模块以无线传输的方式发送到PC端和云平台,所述发射端波形采集电路包括分压衰减电路和多通道ADC模块一。
进一步,所述分压衰减电路上设置有电阻分压电路和减法运算放大器,所述电阻分压电路中的电阻采用低温漂高精度薄膜电阻,所述减法运算放大器对电阻分压电路粗分压后的波形电压进行细分压,使输出的波形电压达到ADC模块一的输入电压范围之内。
分压衰减电路通过电阻分压电路进行粗分压,将波形电压减小到一定范围,电阻分压电路中的电阻采用低温漂高精度薄膜电阻以减少分压时波形信号变化产生误差。通过分压衰减电路对波形信号进行分压衰减处理,不改变波形仅减小电压,以满足ADC模块一输入端所能承受的电压范围。
进一步,所述FPGA芯片集成板集成有延时参数存储器、至少两个SDRAM和至少两个LVDS接口,所述延时参数存储器用于存储PC端计算出控制相控阵的延时参数,所述SDRAM用于存储发射端波形采集电路采集发射出的波形信号和回波信号接收采集电路采集的回波信号,所述波形信号和回波信号均在FPGA芯片集成板内完成串并转换、波束合成、数字检波后,再存储在不同的SDRAM中。
进一步,所述发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内的波束合成,是将每个通道发射的波形采集后分别进行不同的加权,使每个通道的波形幅值不同,再对加权过的各通道波形进行延时补偿和叠加,分析合成后的波形,判断控制超声波发射的延时参数是否准确。
进一步,所述GPRS模块配置TCP/IP协议传输所述PC端的控制信号,将所述FPGA芯片集成板处理后数据发送到云平台和PC端;所述GPRS模块采用串行通讯方式,所述FPGA芯片集成板对采集到的波形数据进行暂存处理,所述GPRS模块先发送超声波相控阵探伤仪发射端波形数据再发送回波信号数据;通过所述GPRS模块使FPGA芯片集成板与PC端之间实现直接通信。
进一步,所述探伤系统还包括电源模块和外部电源接口,所述电源模块包括电池、升压模块和降压模块一,所述升压模块将电池输出电压升高以满足高压脉冲发射电路所需的电压,所述降压模块一将电池输出电压降低以满足FPGA芯片集成板和GPRS模块所能接受的电压;
所述外部电源接口包括降压模块二和整流滤波电路,所述降压模块二和整流滤波电路将外部电缆提供的高压交流电转换为低压直流电。
上述水下超声波相控阵探伤系统主要用于浅水区的水下探伤,装置外部采用密封防水、耐压、耐腐蚀外壳进行防水包装,相控阵探头连接处进行水密性处理,通过标有刻度的伸缩杆将含探伤系统的装置送入水下进行探伤检测。
进一步,所述FPGA芯片集成板根据存储的延时参数控制高压脉冲发射电路产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射,所述高压脉冲发射电路采用具有m个通道的高压脉冲发生芯片,由多个m通道高压脉冲发生芯片组成n通道的超声波发射电路系统。
进一步,所述回波信号接收采集电路包括限幅电路、可控增益放大电路、滤波电路和多通道ADC模块二;所述限幅电路对可能存在的大电压回波信号限幅;所述可控增益放大电路对在传播中衰减的回波信号进行放大处理和增益补偿;所述滤波电路对回波信号进行滤波处理后由所述多通道ADC模块二转换成数字信号送入FPGA芯片集成板内处理。
探伤方法,包括以下步骤:
PC端计算出控制相控阵的延时参数,通过GPRS模块发送给FPGA芯片集成板内部的延时参数存储器;
FPGA芯片集成板根据延时参数,控制高压脉冲发射电路产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射;
相控阵探头由高压脉冲信号激发,产生发射波信号;
发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内的一个SDRAM中暂存,之后数据经过电平转换电路由GPRS模块发送到云平台和PC端;
超声波探伤的回波信号由回波信号接收采集电路采集后在FPGA芯片集成板内完成波束合成和数字检波,然后存储在另外一个SDRAM中,在发射端波形数据无线传输完成后再传输回波信号数据;
PC端分析处理发射端的合成叠加后的波形数据,判断延时精度是否达到要求并调整延时参数;
PC端分析处理回波信号数据,得出被测物体的检测结果。
进一步,在实行超声波聚焦检测之前先对物体进行初始探伤检测:设置超声波发射通道之间的延时时间为Δt,第i个通道的阵元从发出声波到接收到回波的时间为ti,在Δt<ti的条件下实行第一次探伤检测;FPGA芯片集成板对回波信号只进行延时补偿,不进行叠加处理;将每个通道的回波波形数据发送到PC端,根据其中若干通道的某处波形与其余通道的波形的差异,判断缺陷损伤的大致位置;根据初始检测的位置,调整延时参数进行聚焦检测,以便更加精确地判断缺陷损伤的位置与程度。
本发明的有益效果:本发明的探伤方法检测物体的缺陷损伤时先实行初始检测再进行聚焦扫描,可以有效提高检测效率;本发明的探伤系统采集发射端波形信号进行延时补偿和波束叠加,分析波形可以判断控制超声波发射的延时参数是否准确,进而使波束更加准确地聚焦和扫描,提高检测结果的准确率;本发明的探伤系统可以实时远距离进行数据无线传输与存储,数据传输不会因USB数据线或者同轴电缆传输方式而限制,采集到的波形数据可以直接发送到云平台,保证了数据即时存储不会丢失,也为其他人员提供资源共享。
附图说明
图1是本发明的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统结构示意图;
图2是超声波相控阵发射电路图;
图3是相控阵波形偏转和聚焦偏转示意图;
图4是发射端波形采集电路;
图5是回波波形信号接收采集电路框图;
图6是GPRS模块1的工作流程图;
图7是探伤系统供电示意图;
图8是结构布置示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明:
如图1所示,本发明的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,主要包括云平台、PC端和超声波相控阵探伤仪,超声波相控阵探伤仪主要包括FPGA芯片集成板、高压脉冲发射电路、发射端波形采集电路、回波信号接收采集电路、相控阵探头、电平转换电路、GPRS模块、电源模块和外部电源接口。超声波相控阵探伤仪探伤所得数据由GPRS模块以无线传输的方式发送到PC端和云平台。
FPGA芯片集成板集成有延时参数存储器、至少两个SDRAM,暂时选择两个即SDRAM1和SDRAM2,以及至少两个LVDS接口。延时参数存储器用于存储PC端计算出控制相控阵的延时参数,发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内完成串并转换、波束合成和数字检波后,暂存在SDRAM1中,之后数据经过电平转换电路由GPRS模块发送到云平台和PC端,超声波探伤的回波信号由回波信号接收采集电路采集后在FPGA芯片集成板内完成串并转换、波束合成和数字检波,存储在SDRAM2中。
FPGA芯片集成板根据存储的延时参数控制高压脉冲发射电路产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射。如图2所示,高压脉冲发射电路采用具有m个通道的高压脉冲发生芯片,由多个m通道高压脉冲发生芯片组成n通道的超声波发射电路系统,其中n是系统总的通道数,m是脉冲发生芯片的通道数。FPGA芯片集成板通过已经计算好的延时参数控制高压脉冲发生芯片的通道之间产生高压脉冲的时间差,使得通道之间发射出具有相位差的超声波形。
控制每个通道之间发射波形的时间间隔可以实现波传播的偏转方向,如图3a所示。各通道之间发射波形实现偏转的时间间隔:
其中,d为阵元之间的间距,C为声波在介质中的传播速度,θ是相控阵偏转角度。
如图2所示的超声波相控阵的波束聚焦示意图,通过聚焦检测,使缺陷检出更具有针对性,可以提高缺陷检出能力。聚焦时,先激励离焦点最远的阵元,计算后面阵元的发射时间间隔:
其中,l是P点到探头中心点的距离,di是第i个阵元到中心点的距离,C为声波在介质中的传播速度。
结合相控声波的偏转和聚焦特性,可以使超声波聚焦传播到任何位置上。如图3b所示,是声波在探伤范围内任意一点的聚焦示意图。各个阵元发射波形的时间间隔:
其中,di是第i个阵元到中心点的距离,F为焦距,C为声波在介质中的传播速度。
相控阵的三种扫查方式:线性扫查、扇形扫查、动态聚焦均可以在本系统实现,根据不同的聚焦方式实现扫查,不必移动探头即可检测某一区域。
如图4所示,发射端波形采集电路包括分压衰减电路和多通道ADC模块一,每一个通道的发射端波形采集后进行加权和叠加合成,之后传输到PC端分析处理,用于校验发射波形的延时精度。高压脉冲发射电路发出的是高压方波,通过电阻分压电路进行粗分压,将波形电压减小到一定范围;分压电路中电阻采用0.1%低温漂高精度薄膜电阻以减少分压时波形信号变化产生误差,电阻分压公式:
其中,Vout为分压后的输出电压,Vin为分压前输入电压;减法运算放大器对分压后的波形电压进行细分压,使输出的波形电压更好的达到ADC模块一的输入电压范围之内;通过分压衰减电路对波形信号进行分压衰减处理,不改变波形仅减小电压,以满足ADC模块一输入端所能承受的电压范围。每个通道各有一个分压衰减电路,系统采用m通道的ADC模块一,多个m通道ADC模块一共同完成n通道的发射端的波形信号采集。
LVDS(电压差分信号)接口接收来自发射端信号采集电路的高速高频信号,FPGA生成调用LVDS模块对高速串行数据转换成并行数据处理。分段信号叠加是对各通道信号进行加权w1,w2,...,wn,并对回波信号检测其阶跃信号时间,设第一次检测到阶跃信号为t1,第二次检测到阶跃信号为t2,依次类推最后依此检测到阶跃信号为tk。设Pi,i+1为两个时刻的相位差Ai,i+1=Ai+1-Ai其中为发射的周期,f为发射的频率,Ai,i+1为两个时刻的幅值差,Ai为i时刻的幅值i∈(1,2,…(k-2)/2),。A0为发射的基准幅值,qi为阶跃信号的幅值比且Zi+1={(|qi-wr|),r=1,2,...,n},Zi+1为其权值差的集合,选取其中最小值记作Ming,其中g表示其最小值所在集合的位置,即为某一通道标号。通过Ming确定该时刻发射有相位偏差的通道数,其相位差Pi,i+1。选其没有发射问题的任意通道为Stag以此为基准发射通道标号,之后以该通道基准进行相位差修正。
如图5所示,回波信号接收采集电路包括限幅电路、可控增益放大电路、滤波电路和多通道ADC模块二。限幅电路对可能存在的大电压回波信号限幅,在传播中衰减的回波信号由可控增益放大电路放大处理和增益补偿,滤波电路对信号进行滤波处理后由多通道ADC模块二转换成数字信号送入FPGA内处理,每个通道各有一个限幅电路、可控增益放大电路、滤波电路,系统采用m通道的ADC模块,多个m通道ADC模块共同完成n通道的回波波形信号采集。
FPGA芯片集成板处理波形信号过程如下:LVDS接口接收来自信号采集电路的高速高频信号,FPGA芯片集成板生成调用LVDS模块对高速串行数据转换成并行数据处理;在处理发射端的波形信号时,数字波束合成将接收到的信号进行延时补偿和信号叠加,之后对合成的波束数字检波,减少多余信息便于存储和成像处理;在处理回波信号时,初始检测的回波波形只进行延时补偿不做叠加处理,等第二次收到回波信号时再延时补偿和波形叠加,经过数字检波后存储起来等待发送。
GPRS模块配置TCP/IP协议传输PC端的控制信号,将FPGA芯片集成板处理后数据发送到云平台和PC端;GPRS模块采用串行通讯方式,FPGA芯片集成板对采集到的波形数据进行暂存处理,GPRS模块先发送超声波相控阵探伤仪发射端波形数据再发送回波信号数据;通过GPRS模块使FPGA芯片集成板与PC端之间实现直接通信。如图6所示,GPRS模块开机连接网络,完成与云平台和PC端的连接;接收来自PC端计算后的延时参数,并等待发射端的波形数据;GPRS模块与FPGA是串行通讯方式,首先将发射端的波形信号数据发送到云平台,传输完成后再将数据发送到PC端;之后发送回波信号数据到云平台,传输完成后再将数据发送到PC端;这样一次超声波检测完成,GPRS模块进入待机状态,准备接受新的延时参数或者发送下一次检测的波形数据。
如图7所示,电源模块包括电池、升压模块和降压模块一,本发明的探伤系统主要由电池供电,升压模块将电池输出电压升高以满足高压脉冲发射电路所需的电压,降压模块一将电池输出电压降低以满足FPGA芯片集成板和GPRS模块所能接受的电压。本发明的探伤系统留有外部电源接口,包括降压模块二和整流滤波电路,降压模块二和整流滤波电路将外部电缆提供的高压交流电转换为低压直流电。
本发明的探伤系统按照图8所示的结构布置示意图进行布置,其中的探伤系统装置外部采用密封防水、耐压、耐腐蚀外壳进行密封防护,使用水密性探头。通过标有刻度的伸缩杆将系统装置送入水下,由伸缩杆上的刻度可以知道探头深入水下位置。GPRS模块1通过接口从FPGA取得数据,处理后的GPRS分组数据发送到GSM基站;GSM基站再将分组数据发送到云平台和与GPRS模块2相连的PC端。PC端在联网的情况下则不必与GPRS模块2连接,可直接从云平台获取检测数据。
基于上述探伤系统的探伤方法,如下:
PC端计算出控制相控阵的延时参数,通过GPRS模块发送给FPGA芯片集成板内部延时参数存储器;FPGA芯片集成板根据延时参数,控制高压脉冲器件产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射;换能器由高压脉冲信号激发,产生发射波信号;发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内的SDRAM1中暂存,之后数据经过电平转换电路由GPRS模块发送到云平台和PC端;超声波探伤的回波信号由回波信号接收采集电路采集后在FPGA芯片集成板内完成波束合成和数字检波,然后存储在SDRAM2中,在发射端波形数据无线传输完成后再传输回波信号数据;PC端分析处理发射端的合成叠加后的波形数据,判断延时精度是否达到要求并调整延时参数;PC端分析处理回波信号数据,得出被测物体的检测结果。
在实行超声波聚焦检测之前先对物体进行初始探伤检测,设置超声波发射通道之间的延时时间为Δt,第i个通道的阵元从发出声波到接收到回波的时间为ti,在Δt<ti的条件下实行第一次探伤检测;FPGA芯片集成板对回波信号只进行延时补偿,不进行叠加处理,将每个通道的回波波形数据发送到PC端,根据其中若干通道的某处波形与其余通道的波形的差异,判断缺陷损伤的大致位置;根据初始检测的位置,调整延时参数进行聚焦检测,更加精确地判断缺陷损伤的位置与程度。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,包括云平台、PC端和超声波相控阵探伤仪,所述超声波相控阵探伤仪包括FPGA芯片集成板、高压脉冲发射电路、发射端波形采集电路、回波信号接收采集电路、相控阵探头、电平转换电路和GPRS模块,所述超声波相控阵探伤仪探伤所得数据由GPRS模块以无线传输的方式发送到PC端和云平台,所述发射端波形采集电路包括分压衰减电路和多通道ADC模块一。
2.根据权利要求1所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述分压衰减电路上设置有电阻分压电路和减法运算放大器,所述电阻分压电路中的电阻采用低温漂高精度薄膜电阻,所述减法运算放大器对电阻分压电路粗分压后的波形电压进行细分压,使输出的波形电压达到ADC模块一的输入电压范围之内。
3.根据权利要求2所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述FPGA芯片集成板集成有延时参数存储器、至少两个SDRAM和至少两个LVDS接口,所述延时参数存储器用于存储PC端计算出控制相控阵的延时参数,所述SDRAM用于存储发射端波形采集电路采集发射出的波形信号和回波信号接收采集电路采集的回波信号,所述波形信号和回波信号均在FPGA芯片集成板内完成串并转换、波束合成、数字检波后,再存储在不同的SDRAM中。
4.根据权利要求3所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内的波束合成,是将每个通道发射的波形采集后分别进行不同的加权,使每个通道的波形幅值不同,再对加权过的各通道波形进行延时补偿和叠加,分析合成后的波形,判断控制超声波发射的延时参数是否准确。
5.根据权利要求4所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述GPRS模块配置TCP/IP协议传输所述PC端的控制信号,将所述FPGA芯片集成板处理后数据发送到云平台和PC端;所述GPRS模块采用串行通讯方式,所述FPGA芯片集成板对采集到的波形数据进行暂存处理,所述GPRS模块先发送超声波相控阵探伤仪发射端波形数据再发送回波信号数据;通过所述GPRS模块使FPGA芯片集成板与PC端之间实现直接通信。
6.根据权利要求1-5任一所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述探伤系统还包括电源模块和外部电源接口,所述电源模块包括电池、升压模块和降压模块一,所述升压模块将电池输出电压升高以满足高压脉冲发射电路所需的电压,所述降压模块一将电池输出电压降低以满足FPGA芯片集成板和GPRS模块所能接受的电压;
所述外部电源接口包括降压模块二和整流滤波电路,所述降压模块二和整流滤波电路将外部电缆提供的高压交流电转换为低压直流电。
7.根据权利要求6所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述FPGA芯片集成板根据存储的延时参数控制高压脉冲发射电路产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射,所述高压脉冲发射电路采用具有m个通道的高压脉冲发生芯片,由多个m通道高压脉冲发生芯片组成n通道的超声波发射电路系统。
8.根据权利要求7所述的无线数据传输的水下超声波相控阵探伤系统,其特征在于,所述回波信号接收采集电路包括限幅电路、可控增益放大电路、滤波电路和多通道ADC模块二;所述限幅电路对可能存在的大电压回波信号限幅;所述可控增益放大电路对在传播中衰减的回波信号进行放大处理和增益补偿;所述滤波电路对回波信号进行滤波处理后由所述多通道ADC模块二转换成数字信号送入FPGA芯片集成板内处理。
9.探伤方法,其特征在于,包括以下步骤:
PC端计算出控制相控阵的延时参数,通过GPRS模块发送给FPGA芯片集成板内部的延时参数存储器;
FPGA芯片集成板根据延时参数,控制高压脉冲发射电路产生激励高压脉冲信号实现聚焦偏转发射;
相控阵探头由高压脉冲信号激发,产生发射波信号;
发射端波形采集电路采集发射出的波形信号在FPGA芯片集成板内的一个SDRAM中暂存,之后数据经过电平转换电路由GPRS模块发送到云平台和PC端;
超声波探伤的回波信号由回波信号接收采集电路采集后在FPGA芯片集成板内完成波束合成和数字检波,然后存储在另外一个SDRAM中,在发射端波形数据无线传输完成后再传输回波信号数据;
PC端分析处理发射端的合成叠加后的波形数据,判断延时精度是否达到要求并调整延时参数;
PC端分析处理回波信号数据,得出被测物体的检测结果。
10.根据权利要求9所述的探伤方法,其特征在于,在实行超声波聚焦检测之前先对物体进行初始探伤检测:设置超声波发射通道之间的延时时间为Δt,第i个通道的阵元从发出声波到接收到回波的时间为ti,在Δt<ti的条件下实行第一次探伤检测;FPGA芯片集成板对回波信号只进行延时补偿,不进行叠加处理;将每个通道的回波波形数据发送到PC端,根据其中若干通道的某处波形与其余通道的波形的差异,判断缺陷损伤的大致位置;根据初始检测的位置,调整延时参数进行聚焦检测。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111024815A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 常州超声电子有限公司 一种机车轮对超声波探伤数据采集和管理系统
CN112684006A (zh) * 2020-12-09 2021-04-20 东莞理工学院 基于ovsf码的螺栓损伤超声波检测方法及系统
CN113805162A (zh) * 2021-11-18 2021-12-17 杭州雅格纳科技有限公司 一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置
CN113933391A (zh) * 2021-10-13 2022-01-14 山东大学 一种压电超声导波检测装置及检测方法
CN114487091A (zh) * 2021-12-30 2022-05-13 四川拙研智能科技有限公司 一种新型超声成像系统
CN116299485A (zh) * 2023-05-16 2023-06-23 航天极创物联网研究院(南京)有限公司 一种高结构集成度的超声波传感器
WO2023173737A1 (zh) * 2022-03-17 2023-09-21 河南翔宇医疗设备股份有限公司 一种压电冲击波设备及其控制方法、装置
CN117589097A (zh) * 2024-01-18 2024-02-23 沈阳宇时先锋检测仪器有限公司 一种超声波多重测量系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008051645A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Toshiba Corp 超音波探傷装置
CN103175900A (zh) * 2013-03-19 2013-06-26 中国科学院声学研究所 一种相控阵无损探伤装置和系统
CN103521422A (zh) * 2013-08-05 2014-01-22 中国石油大学(华东) 一种多通道脉冲相控声波激励信号发生器
CN106908520A (zh) * 2017-03-02 2017-06-30 山东科技大学 高低频海底底质参数测量仪及海底底质参数测量方法
CN108614271A (zh) * 2018-07-06 2018-10-02 中国计量大学 一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008051645A (ja) * 2006-08-24 2008-03-06 Toshiba Corp 超音波探傷装置
CN103175900A (zh) * 2013-03-19 2013-06-26 中国科学院声学研究所 一种相控阵无损探伤装置和系统
CN103521422A (zh) * 2013-08-05 2014-01-22 中国石油大学(华东) 一种多通道脉冲相控声波激励信号发生器
CN106908520A (zh) * 2017-03-02 2017-06-30 山东科技大学 高低频海底底质参数测量仪及海底底质参数测量方法
CN108614271A (zh) * 2018-07-06 2018-10-02 中国计量大学 一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张海娜 等: "相控阵技术在水下超声成像中的应用初探", 《中国科技信息》 *
邓鹰飞: "超声相控阵高压发射与接收电路设计与仿真", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111024815A (zh) * 2019-12-26 2020-04-17 常州超声电子有限公司 一种机车轮对超声波探伤数据采集和管理系统
CN112684006A (zh) * 2020-12-09 2021-04-20 东莞理工学院 基于ovsf码的螺栓损伤超声波检测方法及系统
CN112684006B (zh) * 2020-12-09 2023-01-17 东莞理工学院 基于ovsf码的螺栓损伤超声波检测方法及系统
CN113933391A (zh) * 2021-10-13 2022-01-14 山东大学 一种压电超声导波检测装置及检测方法
CN113805162A (zh) * 2021-11-18 2021-12-17 杭州雅格纳科技有限公司 一种基于超声相控阵的鱼类生长检测方法及装置
CN114487091A (zh) * 2021-12-30 2022-05-13 四川拙研智能科技有限公司 一种新型超声成像系统
WO2023173737A1 (zh) * 2022-03-17 2023-09-21 河南翔宇医疗设备股份有限公司 一种压电冲击波设备及其控制方法、装置
CN116299485A (zh) * 2023-05-16 2023-06-23 航天极创物联网研究院(南京)有限公司 一种高结构集成度的超声波传感器
CN116299485B (zh) * 2023-05-16 2023-12-26 航天极创物联网研究院(南京)有限公司 一种高结构集成度的超声波传感器
CN117589097A (zh) * 2024-01-18 2024-02-23 沈阳宇时先锋检测仪器有限公司 一种超声波多重测量系统及方法
CN117589097B (zh) * 2024-01-18 2024-04-05 沈阳宇时先锋检测仪器有限公司 一种超声波多重测量系统及方法

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