CN114324593A - 非线性超声常规超声综合检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非线性超声常规超声综合检测装置及方法，其包括信号发射系统、信号接收系统和测量电路系统，信号发射系统包括发射切换器、非线性超声输出功放、常规超声输出驱动器；信号接收系统包括接受切换器、接受和发送信号一体的收发一体探头、由一发一收接收探头；测量电路系统包括测量电路切换器、低压低噪声放大/滤波/采样模块、高压等位选通、高压抑制滤波器。检测方法包括：常规超声系统设置；常规超声的声衰减/频率对应检测；非线性超声参数设定与检测。本发明集成了非线性检测与超声检测两种方式，精简了设备结构，集成度高，且能利用不同的方式，实现对非线性超声检测的参数设置。

Description

非线性超声常规超声综合检测装置及方法

技术领域

本发明属于核电检测设备领域，特别涉及一种非线性超声常规超声综合检测装置及方法。

背景技术

在航空、石油、轨道交通、核电等行业，对于管道、叶片、车轴、管道等关键设备频繁承受高频的冲击，易发生疲劳损伤，造成难以想象的后果。目前在世界范围内已经发生了一系列反应堆冷却剂辅助管线（安注系统、余热导出系统、化容控系统等）与疲劳相关的事件，随着核电厂服役时间的延长，因材料逐渐老化导致的疲劳裂纹、冷却剂泄漏等事件发生的概率将大为增加。 常规超声检测的是积累到一定程度后的损伤，采用的是事后判断的手段，检测到的时候损伤已经发生，非线性超声能够克服常规超声的不足、有效表征材料内部微观结构的变化，有望成为一种有效的材料早期损伤检测手段。

申请号为CN201911184623.8的中国发明专利发明涉及一种基于线性功放的非线性超声导波检测系统及方法，所述系统包括可编程控制器、线性功放信号发生模块、低频超声换能器、高频超声换能器、信号采集模块和多路电源模块，其中，可编程控制器内运行有程序，执行：根据设置参数，生成相应的二进制数字信号，形成发送给线性功放信号发生模块的控制指令；对从信号采集模块获取的数字导波信号进行解调还原，计算获得还原后的导波信号中携带的材料非线性参数，基于该材料非线性参数获得待测材料的使用寿命评价结果；可编程控制器、线性功放信号发生模块、信号采集模块和多路电源模块集成于一体。与现有技术相比，本发明具有集成度高、控制方便等优点。然而，该系统仅能进行非线性超声检测，非线性超声检测易受到待检材料的状况和宏观缺陷的影响，常规超声可以弥补该缺陷，所以发明一种非线性超声常规超声综合检测系统很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种非线性超声常规超声综合检测装置，可用在一发一收和接受和发送信号一体两种配置下。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种非线性超声常规超声综合检测装置，其包括信号发射系统、信号接收系统和测量电路系统，

所述信号发射系统包括发射切换器、非线性超声输出功放、常规超声输出驱动器；非线性超声输出功放和常规超声输出驱动器分别于所述发射切换器的两个可切换的接线端电连接，且分别用于输出非线性超声信号以及常规超声信号；

信号接收系统包括接受切换器、接受和发送信号一体的收发一体探头、由一发一收接收探头，所述收发一体探头与所述发射切换器始终连接；

测量电路系统包括测量电路切换器、始终与所述测量电路切换器连接的低压低噪声放大/滤波/采样模块、连接于所述测量电路切换器和所述接受切换器各自一个可切换的接线端之间的高压等位选通、连接于所述测量电路切换器和所述接受切换器各自另一个可切换的接线端之间的高压抑制滤波器，所述一发一收接收探头与所述测量电路切换器的第三个可切换的接线端连接。

优化的，非线性超声输出功放包括串联的非线性超声脉冲信号发生器以及高压功率放大器，所述高压功率放大器的输出端与所述发射切换器的其中一个可切换的接线端电连接。

优化的，高压等位选通为常规超声高压钳位与选通。

优化的，所述高压抑制滤波器为非线性超声高压高通滤波器。

本发明还提供了一种基于上述检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

（一）常规超声系统设置

a.在收/发一体探头接口上连接接入探头，发射切换器切换到与常规超声输出驱动器连接，接收切换器切换到常规超声输入，测量电路切换器切换到常规超声接收电路输出端；

b.进行常规超声脉冲回波检测；

c.常规超声输出驱动器发射矩形或尖脉冲驱动发射探头或收发一体探头。

d.使用收发一体探头时，接收切换器切换到常规超声输入接收电路，测量电路切换器切换到常规超声接收电路的输出；

e.使用一发一收探头，接收切换器切换到空档，测量电路切换器切换到空档；

f.分析接收探头（7）收到的回波，从时域分析接收回波，可得到待测材料的厚度与变化，检测是否存在较大的裂纹、孔洞等会影响非线性超声检测结果的宏观缺陷；

（二）常规超声的声衰减/频率对应检测

g.发射接收器切换到非线性超声输出；

h.接收切换器切换到常规超声输出接收电路；

i.改变非线性超声激励功放的输出频率，激励幅度不变，分析接收到的底面多次回波，计算不同频率下的声衰减，选择合适的基频频率；

（三）非线性超声参数设定与检测

j.探头激励输出切换到非线性超声功放输出，根据步骤（一）和步骤（二）测量结构选择合适的频率与波数，选择合适的分析时间窗，调节激励功率使得接收输入接近满幅度而不溢出，设置完成后即可进行非线性超声检测。

本发明的有益效果在于：本发明集成了非线性检测与超声检测两种方式，精简了设备结构，集成度高，且能利用不同的方式，实现对非线性超声检测的参数设置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：

如图1所示，非线性超声常规超声综合检测装置，其包括信号发射系统、信号接收系统和测量电路系统，

所述信号发射系统包括发射切换器1、非线性超声输出功放4、常规超声输出驱动器5；非线性超声输出功放4和常规超声输出驱动器5分别于所述发射切换器1的两个可切换的接线端电连接，且分别用于输出非线性超声信号以及常规超声信号；

信号接收系统包括接受切换器2、接受和发送信号一体的收发一体探头6、由一发一收接收探头7，所述收发一体探头6与所述发射切换器1始终连接；

测量电路系统包括测量电路切换器3、始终与所述测量电路切换器3连接的低压低噪声放大/滤波/采样模块10、连接于所述测量电路切换器3和所述接受切换器2各自一个可切换的接线端之间的高压等位选通8、连接于所述测量电路切换器3和所述接受切换器2各自另一个可切换的接线端之间的高压抑制滤波器9，所述一发一收接收探头7与所述测量电路切换器3的第三个可切换的接线端连接。

非线性超声输出功放4包括串联的非线性超声脉冲信号发生器41以及高压功率放大器42，所述高压功率放大器42的输出端与所述发射切换器1的其中一个可切换的接线端电连接。高压等位选通8为常规超声高压钳位与选通。所述高压抑制滤波器9为非线性超声高压高通滤波器。

基于上述检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

（一）常规超声系统设置

a.在收/发一体探头接口上连接接入探头，发射切换器1切换到与常规超声输出驱动器5连接，接收切换器2切换到常规超声输入，测量电路切换器3切换到常规超声接收电路输出端；

b.进行常规超声脉冲回波检测；

c.常规超声输出驱动器5发射矩形或尖脉冲驱动发射探头或收发一体探头。

d.使用收发一体探头时，接收切换器2切换到常规超声输入接收电路，测量电路切换器3切换到常规超声接收电路的输出；

e.使用一发一收探头，接收切换器2切换到空档，测量电路切换器3切换到空档；

f.分析接收探头（7）收到的回波，从时域分析接收回波，可得到待测材料的厚度与变化，检测是否存在较大的裂纹、孔洞等会影响非线性超声检测结果的宏观缺陷；

（二）常规超声的声衰减/频率对应检测

g.发射接收器1切换到非线性超声输出；

h.接收切换器2切换到常规超声输出接收电路；

i.改变非线性超声激励功放的输出频率，激励幅度不变，分析接收到的底面多次回波，计算不同频率下的声衰减，选择合适的基频频率；

（三）非线性超声参数设定与检测

j.探头激励输出切换到非线性超声功放输出，根据步骤（一）和步骤（二）测量结构选择合适的频率与波数，选择合适的分析时间窗，调节激励功率使得接收输入接近满幅度而不溢出，设置完成后即可进行非线性超声检测。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非线性超声常规超声综合检测装置，其包括信号发射系统、信号接收系统和测量电路系统，其特征在于：

所述信号发射系统包括发射切换器（1）、非线性超声输出功放（4）、常规超声输出驱动器（5）；非线性超声输出功放（4）和常规超声输出驱动器（5）分别于所述发射切换器（1）的两个可切换的接线端电连接，且分别用于输出非线性超声信号以及常规超声信号；

信号接收系统包括接受切换器（2）、接受和发送信号一体的收发一体探头（6）、由一发一收接收探头（7），所述收发一体探头（6）与所述发射切换器（1）始终连接；

测量电路系统包括测量电路切换器（3）、始终与所述测量电路切换器（3）连接的低压低噪声放大/滤波/采样模块（10）、连接于所述测量电路切换器（3）和所述接受切换器（2）各自一个可切换的接线端之间的高压等位选通（8）、连接于所述测量电路切换器（3）和所述接受切换器（2）各自另一个可切换的接线端之间的高压抑制滤波器（9），所述一发一收接收探头（7）与所述测量电路切换器（3）的第三个可切换的接线端连接。

2.根据权利要求1所述的非线性超声常规超声综合检测装置，其特征在于：非线性超声输出功放（4）包括串联的非线性超声脉冲信号发生器（41）以及高压功率放大器（42），所述高压功率放大器（42）的输出端与所述发射切换器（1）的其中一个可切换的接线端电连接。

3.根据权利要求1所述的非线性超声常规超声综合检测装置，其特征在于：高压等位选通（8）为常规超声高压钳位与选通。

4.根据权利要求1所述的非线性超声常规超声综合检测装置，其特征在于：所述高压抑制滤波器（9）为非线性超声高压高通滤波器。

5.一种基于权利要求1-4任一所述检测装置的检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：

（一）常规超声系统设置

a.在收/发一体探头接口上连接接入探头，发射切换器（1）切换到与常规超声输出驱动器（5）连接，接收切换器（2）切换到常规超声输入，测量电路切换器（3）切换到常规超声接收电路输出端；

b.进行常规超声脉冲回波检测；

c.常规超声输出驱动器（5）发射矩形或尖脉冲驱动发射探头或收发一体探头；

d.使用收发一体探头时，接收切换器（2）切换到常规超声输入接收电路，测量电路切换器（3）切换到常规超声接收电路的输出；

e.使用一发一收探头，接收切换器（2）切换到空档，测量电路切换器（3）切换到空档；

f. 分析接收探头（7）收到的回波，从时域分析接收回波，可得到待测材料的厚度与变化，检测是否存在较大的裂纹、孔洞等会影响非线性超声检测结果的宏观缺陷；

（二）常规超声的声衰减/频率对应检测

g.发射接收器（1）切换到非线性超声输出；

h.接收切换器（2）切换到常规超声输出接收电路；

i.改变非线性超声激励功放的输出频率，激励幅度不变，分析接收到的底面多次回波，计算不同频率下的声衰减，选择合适的基频频率；

（三）非线性超声参数设定与检测

j.探头激励输出切换到非线性超声功放输出，根据步骤（一）和步骤（二）测量结构选择合适的频率与波数，选择合适的分析时间窗，调节激励功率使得接收输入接近满幅度而不溢出，设置完成后即可进行非线性超声检测。

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