CN117723639A - 一种超声探伤仪检定校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声探伤仪检定校准装置，包括前面板，后面板和FPGA板卡，所述FPGA板卡上设置有示波器模块和DDS信号发生模块，所述前面板的输入端分别设置有电子电路，标准衰减器和固定衰减器，所述电子电路的输出端和标准衰减器的输出端分别与所述DDS信号发生模块的输入端连接，所述固定衰减器的输出端与所述示波器模块的输入端连接，所述标准衰减器的输出端设置有第一切换单元用以切换标准衰减器输入，所述固定衰减器的输出端设置有第二切换单元用以切换固定衰减器输出。本发明实现集成化超声探伤仪检定/校准装置，通过仪器程控设置信号发生器、标准衰减器和示波器参数，降低计量检测人员仪器连接与操作步骤，极大提升检测结果的准确性和工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及检定校准装置技术领域，尤其涉及一种超声探伤仪检定校准装置。
背景技术
超声探伤仪是一种激励超声探头产生超声波，并接收在材料中传播或反射的超声信号以评价材料内部缺陷的无损检测仪器，主要由同步、扫描、发射、接收放大、电源等电路部分及显示屏组成。超声探伤仪的计量检测是实现该设备质量监管，保障在工业无损检测领域稳定正常运行的关键。超声探伤仪需要对放大器频率响应、发射能量泄漏抑制、发射脉冲后盲区、等效输入噪声、衰减器误差、幅度线性误差、时基线性误差、发射脉冲电压、脉冲上升时间、脉冲持续时间和脉冲重复频率等检定项目的计量性能要求和检测方法。
现有技术中是需要检定员自己连接并调节超声探伤仪、衰减器、信号发生器和示波器等多个仪器设置，步骤繁琐、检测时间长，导致计量检测时间等成本高。市场上也有将信号发生器和衰减器集成起来作为检定/校准装置,集成信号发生器和衰减器的技术，仅能作为检定/校准装置的一部分，由于缺少测量功能，仍需额外配套示波器才能实现等效输入噪声、发射能量泄漏抑制、发射脉冲电压、脉冲上升时间、脉冲持续时间和脉冲重复频率等的测量。同样具有步骤繁琐、检测时间长的问题，缺少自动化数据分析功能。因此需要一种超声探伤仪检定校准装置。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超声探伤仪检定校准装置方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
本发明包括前面板，后面板和FPGA板卡，所述FPGA板卡上设置有示波器模块和DDS信号发生模块，所述前面板的输入端分别设置有电子电路，标准衰减器和固定衰减器，所述电子电路的输出端和标准衰减器的输出端分别与所述DDS信号发生模块的输入端连接，所述固定衰减器的输出端与所述示波器模块的输入端连接，所述标准衰减器的输出端设置有第一切换单元用以切换标准衰减器输入，所述固定衰减器的输出端设置有第二切换单元用以切换固定衰减器输出，所述第一切换单元和第二切换单元为继电器；
电子电路用于将超声探伤仪高压负脉冲整形为5V以内的TTL方波后触发信号发生模块；
标准衰减器用于提供经计量检定的信号衰减以校准超声探伤仪的衰减器误差、幅度线性误差和等效输入噪声；
固定衰减器用于衰减高压负脉冲至示波器安全测量范围内
继电器用于切换衰减器的测量通道。
进一步地，所述FPGA板卡采用子板和载板方式，所述子板和载板通过高速接插件对接完成信号的传输和控制，FPGA板卡设置有触发板卡完成外部触发功能，子板为模拟信号板卡，用于完成示波器功能、信号发生功能，载板用于负责信号的存储、传输、处理等功能。
进一步地，所述示波器模块的交直流和阻抗匹配的切换是通过控制继电器切换实现，50欧姆匹配的20倍衰减、1M欧姆的40倍衰减是通过Π衰减网络完成，所述Π衰减网络设置有电压跟随器电路，所述电压跟随器电路的输出端与ADC差分驱动电路的输入端连接，所述ADC差分驱动电路的输出端与信号输出端连接。
进一步地，信号采集的核心芯片的型号为TI的ADC12D500的12位、双通道500MSPS或单通道1.0GSPS射频采样模数转换器，ADC采集的信号通过高速插件，传输到载板，由载板的FPGA进行信号处理，FPGA通过PCIE传输到上位机进行波形显示。
进一步地，采集通道触发功能包括硬件触发和软件触发，所述硬件触发的条件是高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA检测并实现信号的触发采集；所述软件触发的条件则是由原始信号由FPGA检测实现自触发，触发阈值可进行配置。
进一步地，所述信号发生模块的核心芯片型号为AD9726，参数为16bit，更新速率为400MSPS，输出信号由载板的FPGA通过DDS模块产生正弦波，输出频率20kHz到30MHz，信号发生模块的硬件电路包括一级减法器、低通滤波器和一级放大器。
进一步地，所述信号发生模块支持硬件触发，高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA板卡检测并实现信号的触发采集。
进一步地，所述标准衰减器外部设置有保护电路。
进一步地，所述示波器模块的前端硬件电路通过信号的交直流50欧姆和1M欧姆的切换，以及50欧姆和1M欧姆对应衰减的切换，以采集外部输入的大信号。
本发明的有益效果是：
本发明是一种超声探伤仪检定校准装置方法及其系统，与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明可以实现集成化超声探伤仪检定/校准装置，通过仪器程控设置信号发生器、标准衰减器和示波器参数，降低计量检测人员仪器连接与操作步骤，同时实现检测结果的自动分析与计算，导出原始记录，极大提升检测结果的准确性和工作效率。
(2)该仪器预留校准接口，通过继电器设置工作模式与校准模式，实现信号发生模块、标准衰减器模块和示波器模块的分别校准，满足量值溯源和质量管理体系的需要。
附图说明
图1为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的可调高压模块和温度传感器电路示意图；
图2为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的模拟板卡硬件架构图示意图
图3为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的数字信号处理板卡硬件架构图示意图；
图4为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的采集通路阻抗匹配框图；
图5为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的采集通路ADC前端驱动示意图；
图6为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的ADC采集通路示意图；
图7为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的DAC信号发生框图；
图8为本发明一种超声探伤仪检定校准装置的触发模块功能框图；
具体实施方式
下面以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明一种超声探伤仪检定校准装置方法包括以下步骤：
如图1所示，其中前面板预留触发输入、DDS输出(带衰减)、DDS输出(无衰减)、示波器输入(带衰减)和示波器输入(无衰减)接口，后面板预留标准衰减器输入和固定衰减器输出接口。
电子电路用于将超声探伤仪高压负脉冲整形为5V以内的TTL方波，用于触发信号发生模块；
标准衰减器用于提供经计量检定的信号衰减以校准超声探伤仪的衰减器误差、幅度线性误差和等效输入噪声；
固定衰减器用于衰减高压负脉冲至示波器安全测量范围内；
继电器用于切换衰减器的测量通道。
因此，本检定装置通过继电器操作，可用于超声探伤仪的检定/校准，同时可用于自身各模块的独立校准，入信号发生模块、示波器模块、标准衰减器和固定衰减器模块等，满足计量质量管理体系需求。
如图2所示，超声探伤仪的硬件方案采用子板、载板方式，2块板卡通过高速接插件对接，完成信号的传输和控制，以及一块触发板卡完成外部触发功能。子板为模拟信号板卡，主要完成示波器功能、信号发生功能。载板为数字信号处理板卡，主要负责信号的存储、传输、处理等功能。逻辑软件内嵌在载板的FPGA中，使用vivado软件编写，主要负责信号存储、分析、处理、传输等。
如图3所示，示波器模块支持单通道或双通道进行采集，前端硬件电路主要完成功能是采集信号的交直流切换，50欧姆和1M欧姆的切换，以及50欧姆和1M欧姆对应衰减的切换，以采集外部输入的大信号。
如图4所示，其中交直流和阻抗匹配的切换是通过控制继电器切换实现，50欧姆匹配的20倍衰减、1M欧姆的40倍衰减是通过Π衰减网络完成。
Π衰减网络后设计一个电压跟随器电路，完成信号隔离和提高带负载能力，之后信号进入ADC差分驱动，以保证质量。
如图5所示，信号采集的核心芯片选用的TI的ADC12D500，是12位、双通道500MSPS或单通道1.0GSPS射频采样模数转换器。ADC采集的信号通过高速插件，传输到载板，由载板的FPGA进行信号处理，再通过PCIE传输到上位机进行波形显示。
如图6所示，信号发生模块的核心芯片选择ADI公司的AD9726，此芯片为16bit，更新速率为400MSPS，输出信号由载板的FPGA通过DDS模块产生正弦波，输出频率20kHz到30MHz可配置，包含猝发音功能，占空比可进行配置。信号发生模块的硬件电路由一级减法器、低通滤波器和一级放大器组成。
如图7所示，触发模块是由一块单独的功能板卡实现，是信号的最前端接口，主要实现信号采集通道和信号发生通道衰减与不衰减的切换，以及高压触发信号的接收。
如图8所示，采集通道触发功能支持硬件触发和软件触发，其中硬件触发是高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA检测并实现信号的触发采集；软件触发则是由原始信号由FPGA检测实现自触发，触发阈值可进行配置。
信号发生模块支持硬件触发，高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA检测并实现信号的触发采集。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种超声探伤仪检定校准装置，包括前面板和后面板，其特征在于，还包括FPGA板卡，所述FPGA板卡上设置有示波器模块和DDS信号发生模块，所述前面板的输入端分别设置有电子电路，标准衰减器和固定衰减器，所述电子电路的输出端和标准衰减器的输出端分别与所述DDS信号发生模块的输入端连接，所述固定衰减器的输出端与所述示波器模块的输入端连接，所述标准衰减器的输出端设置有第一切换单元用以切换标准衰减器输入，所述固定衰减器的输出端设置有第二切换单元用以切换固定衰减器输出，所述第一切换单元和第二切换单元为继电器；
电子电路用于将超声探伤仪高压负脉冲整形为5V以内的TTL方波后触发信号发生模块；
标准衰减器用于提供经计量检定的信号衰减以校准超声探伤仪的衰减器误差、幅度线性误差和等效输入噪声；
固定衰减器用于衰减高压负脉冲至示波器安全测量范围内；
继电器用于切换衰减器的测量通道。
2.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述FPGA板卡采用子板和载板方式，所述子板和载板通过高速接插件对接完成信号的传输和控制，FPGA板卡设置有触发板卡完成外部触发功能，子板为模拟信号板卡，用于完成示波器功能、信号发生功能，载板用于负责信号的存储、传输、处理等功能。
3.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述示波器模块的交直流和阻抗匹配的切换是通过控制继电器切换实现，50欧姆匹配的20倍衰减、1M欧姆的40倍衰减是通过Π衰减网络完成，所述Π衰减网络设置有电压跟随器电路，所述电压跟随器电路的输出端与ADC差分驱动电路的输入端连接，所述ADC差分驱动电路的输出端与信号输出端连接。
4.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，信号采集的核心芯片的型号为TI的ADC12D500的12位、双通道500MSPS或单通道1.0GSPS射频采样模数转换器，ADC采集的信号通过高速插件，传输到载板，由载板的FPGA进行信号处理，FPGA通过PCIE传输到上位机进行波形显示。
5.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，采集通道触发功能包括硬件触发和软件触发，所述硬件触发的条件是高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA检测并实现信号的触发采集；所述软件触发的条件则是由原始信号由FPGA检测实现自触发，触发阈值可进行配置。
6.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述DDS信号发生模块的核心芯片型号为AD9726，参数为16bit，更新速率为400MSPS，输出信号由载板的FPGA通过DDS模块产生正弦波，输出频率20kHz到30MHz，信号发生模块的硬件电路包括一级减法器、低通滤波器和一级放大器。
7.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述DDS信号发生模块支持硬件触发，高压信号进入触发通道，衰减后进入采集板卡，通过比较器，由FPGA板卡检测并实现信号的触发采集。
8.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述标准衰减器外部设置有保护电路。
9.根据权利要求1所述一种超声探伤仪检定校准装置，其特征在于，所述示波器模块的前端硬件电路通过信号的交直流50欧姆和1M欧姆的切换，以及50欧姆和1M欧姆对应衰减的切换，以采集外部输入的大信号。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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