CN113970597A - 一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统及方法，包括超声仪器、超声探头阵列、选通控制阵列以及比较器阵列，其中：超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。本发明不会牺牲超声探伤系统的重复频率，也就意味着不会影响生产效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及超声探头领域，具体地，涉及一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列。
背景技术
随着工业技术的发展，在工业超声探伤系统中，越来越多地使用超声探头阵列。本发明基于比较器阵列和选通控制阵列，超声探头阵列中的同类多路信号按照幅值最大原则合成为一路信号，在大大减少了工业超声探伤系统的实际仪器通道数的同时，不会降低探伤生产效率和精度。
专利文献为CN 106821414 A的发明专利公开了一种用于控制通道的操作的方法和设备以及探头。一种控制包括至少一个换能器的通道的操作的方法包括：将与流入通道中的电流相对应的电压和闹值电压进行比较；基于比较的结果控制通道的操作。上述方案的实现方法是采用求和电路处理多个通道，也就是说电路中所有的通道对最终的输出都有影响。且专利文献是采用求和的方法找到有没有问题探头产生异常漏电流，如果有漏电流，会体现在求和结果异常增大，这样对问题探头进行关断可以避免干扰，用于设备问题诊断，而无法实现设备的设计优化。
专利文献为CN 103115968 A的发明专利公开了一种超声检测仪的信号处理方法及装置，通过将采集到的数据根据屏幕分辨率和超声检测系统探测的范围采集到的数据缓存在第一存储器内，然后将第一存储器内的值与第二存储器内存储的之前发射采集到的极值作比较，如果比之前发射采集到的极值更大，则将其作为新的极值覆盖取代原来的数据，否则则保持原来的极值数据不变，如此不停的循环，直至上位机来读取，读取完毕后，存储器清零，完成一次数据压缩。该压缩算法通过保存每两帧中间的极值来压缩数据。在同样的数据传输速率下，使得最有可能是伤信号的数据得到保留，从而减少漏检。可以用在高速扫查时对被扫工件进行在线的实时显示，能实时显示该帧内超声换能器采集到的最大的回波。上述方案是应用于一个通道的一种信号处理方法，是同一个通道在不同的时间上取得最大值。用途和目的是在采集频率不足的时候，用类似于采样保持的方法来防止最大值的丢失。而无法实现一个通道解决多个通道的检测。
专利文献为CN102944301A的发明专利公开了一种基于变距分段法的超声信号数字式峰值检测方法及系统。本发明方法采用二段式变距的均匀分段法则，利用该方法所设计的检测模块包括二段式变距均匀分段器、特征点筛选器、最大值比较器和最小值比较器。超声信号采集及显示系统包括高速AD、FPGA功能模块、基于PXI总线的工控机。本发明的检测模块，不仅继承了峰值检测器对于动态下峰值点信息的准确捕捉特性，更具有可达一个采样点的调整精度，且显示范围摆脱了整数倍抽样步距的限制，可以是任意长度。本发明基于FPGA可编程技术，在硬件不变情况下，可实现功能的修改和扩展。但是上述方案不是针对多个探头阵列的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统及方法。
根据本发明提供的一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，包括超声仪器、超声探头阵列、选通控制阵列以及比较器阵列，其中：
超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；
超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；
比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；
选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。
优选地，所述超声仪器接收的是幅值最大的超声回波信号。
优选地，比较器阵列将所述需要发送至超声仪器。
优选地，超声仪器处于维修状态时，超声仪器通过强制选通使能信号激活强制选通功能。
优选地，超声仪器发送设定强制选通序号至选通控制阵列，选通控制设定强制选通序号对应的超声通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，实时输出设定强制选通序号对应超声通道的信号。
根据本发明提供的一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，包括如下步骤：
脉冲发送步骤：超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；
接收步骤：超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；
比较控制步骤：比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；
信号发出步骤：选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。
优选地，所述超声仪器接收的是幅值最大的超声回波信号。
优选地，比较器阵列将所述需要发送至超声仪器。
优选地，超声仪器处于维修状态时，超声仪器通过强制选通使能信号激活强制选通功能。
优选地，超声仪器发送设定强制选通序号至选通控制阵列，选通控制设定强制选通序号对应的超声通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，实时输出设定强制选通序号对应超声通道的信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用的是最大值输出原则，所有通道中只输出最大幅值的通道，其余通道都不会对输出有影响；
2、本发明将多个通道信号合成一路信号，这样可以将输入通道减少至一个通道，同时还能保持原来较高的检测频率，有利于设备设计优化；
3、本发明采用基于比较和选通的逻辑型阵列的结构，在不降低探伤生产效率和精度的前提下，解决了传统的超声探头阵列占用通道数量过多的问题；
4、本发明是对于多个通道的处理方式，是多个通道在同一时间取得最大值，并做选通输出那个最大值，采用一个通道解决多个通道的检测，并且不会降低检测重复频率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统的系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统及方法，系统主要包括超声仪器、超声探头阵列、选通控制阵列以及比较器阵列，其中，当超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲以后，超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号。由于超声探头阵列各个阵元在功能上是同类的，并且都是按照幅值当量对比法进行探伤，所以考虑对各路信号按照幅值最大原则合成为一路信号，减少了工业超声探伤系统的实际仪器通道数，大大降低系统的复杂性。
首先通过比较器阵列进行比较，取得通道回波信号是幅值最大的通道x。比较器阵列可以选用比较器、运放、理想二极管等电子器件搭建而成，它有2个功能：
1、通过电子比较器阵列进行通道之间的相互比较，得到当前最大幅值的通道序号x，并由此序号x控制选通逻辑阵列。选通逻辑阵列会将该通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，由此实时输出x通道的信号。
2、得到当前最大幅值的通道序号x后，同时将该通道序号x发给超声仪器，让仪器可以通过这个通道序号x知道当前信号输出对应的是哪个通道，并显示出来。
维修状态下，当超声仪器需要对超声探头阵列中的阵元通道y进行查看诊断的时候，超声仪器可以通过强制选通使能信号激活强制选通功能。该功能激活以后，超声仪器可以将强制选通序号y发送给选通控制阵列，选通控制阵列会强制y通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，由此实时输出y通道的信号。
本发明还提供的一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，包括脉冲发送步骤：超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；接收步骤：超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；比较控制步骤：比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；信号发出步骤：选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。
本发明提供的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列在工作时候，超声探头阵列时时刻刻的接收各个通道的回波信号。通过比较阵列和选通控制阵列，能够保证在输出给超声仪器的那一路信号始终是所有通道的最大幅值。
当最大幅值在各个通道之间变化的时候，比较阵列和选通控制阵列能够在各个通道之间进行实时切换，并同时将当前信号输出对应的通道序号发送给仪器。
这样，在每一次超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲以后，各个通道的最大值会在下一次初始激励脉冲之前，按照时间顺序实时展现出来。无论探头阵列中的哪一个阵元出现了当量比较法中超过阈值的缺陷，都可以不遗漏的将缺陷捕捉到。
不同于传统的多通道重复频率分时方法(分频法)，这种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列不会牺牲超声探伤系统的重复频率，也就意味着不会影响生产效率和精度。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，其特征在于，包括超声仪器、超声探头阵列、选通控制阵列以及比较器阵列，其中：
超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；
超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；
比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；
选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。
2.根据权利要求1所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，其特征在于，所述超声仪器接收的是幅值最大的超声回波信号。
3.根据权利要求1所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，其特征在于，比较器阵列将所述需要发送至超声仪器。
4.根据权利要求1所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，其特征在于，超声仪器处于维修状态时，超声仪器通过强制选通使能信号激活强制选通功能。
5.根据权利要求4所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列系统，其特征在于，超声仪器发送设定强制选通序号至选通控制阵列，选通控制设定强制选通序号对应的超声通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，实时输出设定强制选通序号对应超声通道的信号。
6.一种基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，其特征在于，包括如下步骤：
脉冲发送步骤：超声仪器向超声探头阵列发出初始激励脉冲；
接收步骤：超声探头阵列接收到各个通道的超声回波信号；
比较控制步骤：比较器阵列比较超声探头阵列接收的多个超声回波信号，得到幅值最大的超声回波信号的序号，并通过所述序号控制选通逻辑阵列；
信号发出步骤：选通控制阵列接收多个超声回波信号，打开序号对应的超声回波信号发送至超声仪器，关闭其余超声回波信号。
7.根据权利要求6所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，其特征在于，所述超声仪器接收的是幅值最大的超声回波信号。
8.根据权利要求6所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，其特征在于，比较器阵列将所述需要发送至超声仪器。
9.根据权利要求6所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，其特征在于，超声仪器处于维修状态时，超声仪器通过强制选通使能信号激活强制选通功能。
10.根据权利要求9所述的基于比较和选通的逻辑型超声探头阵列方法，其特征在于，超声仪器发送设定强制选通序号至选通控制阵列，选通控制设定强制选通序号对应的超声通道的电子开关打开，其它通道的电子开关关闭，实时输出设定强制选通序号对应超声通道的信号。
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