CN202548099U - 电磁超声一体化探伤仪 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种电磁超声一体化探伤仪，其包括电源智能控制系统和CPU控制系统，CPLD和FPGA电路、FLASH存储电路、DSP数据处理电路、双路模拟采集电路、USB输出控制电路、带电磁超声换能器的探头、放大器、扫描器、显示器；电源智能控制系统分别对CPU控制系统和电路进行总线供电。FLASH内部存储电路和DSP数据处理电路及USB输出控制电路相连接；双路模拟采集电路信号同时传输到DSP数据处理电路并通过USB输出控制电路处理缺陷波形和数据；带电磁超声换能器的探头通过放大器、扫描器和显示器连接，用户通过显示器选择带电磁超声换能器的探头所发射的超声波类型。

Description

电磁超声一体化探伤仪

技术领域

本实用新型涉及一种新颖的工业无损检测技术，是一种适合现场移动式的电磁超声波一体化检测设备，该技术利用电磁耦合方法激励和接受超声波。与传统的超声检测技术相比，它具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于高温检测以及容易激发各种超声波形等优点。在工业应用中，电磁超声正越来越受到人们的关注和重视。

背景技术

目前，大型船舶制造、桥梁和钢结构施工等重大工程的现场探伤工作量越来越多，以及由于被探伤工件的结构、形状等条件限制，90%以上的超声波探伤需要探头和工件耦合良好才能完成的检测效果。电磁超声技术通过观察缺陷的回波与物体底面的回波来确定物体中缺陷的位置和大小。应用电磁超声的原理在被测物体(导体)中激发超声波。此超声波就在被测物体中传播，当遇到声阻抗不同的物体时发生反射，利用涡流线圈来接收这个反射波，通过计量此超声波在物体中的传播时间，就可以计算出被测物体的厚度值及缺陷所在位置。便携式电磁超声一体化探伤仪同样适合高温条件下的钢板、钢管流水线在线探伤。通过发射机发射出大功率脉冲信号，在钢板、钢管中产生Lamb波检测缺陷。发射机功率>50kW。为消除检测的盲区，该实用新型采用了两个线圈同时进行检测。

实用新型内容

为了能够提高探伤效率，降低检测工件的结构形状要求，满足更大范围的检测坏境，本实用新型提供一种利用电磁和超声波同时工作原理的一体化探伤仪。该一体化探伤仪不仅可以作为普通的便携式超声波探伤仪独立工作，同时可以切换工作模式，在不能和工件进行良好耦合的情况下，使用电磁超声换能器进行非接触式探伤。

电磁超声产生波形形式多样，适合做表面缺陷检测，EMAT在检测的过程中，在满足一定的激发条件时，会产生表面波、SH波和Lamb波。如果改变激励电信号频率满足一定公式，则声波能以任何辐射角θ向工件内部倾斜辐射。即在其它条件不变的前提下，只要改变电信号频率，就可以改变声的辐射角，这是EMAT的又一特点。由于这一特点的存在，可以在不变更换能器的情况下，实现波形模式的自由选择。EMAT不需要与声波在其中传播的材料接触,就可向其发射和接收返回的超声波。因此对被探工件表面不要求特殊清理,较粗糙表面也可直接探伤。分割显示的缺陷波形有单独闸门分别报警记录，实际波形数据分别保存于不同的FLASH存储器或者SDRAM存储器

传统的压电超声的检测速度，一般都在10米/分钟左右，而EMAT可达到40米/分钟，甚至更快；EMAT在钢管或钢棒中激发的超声波，可以绕工件传播几周。在进行钢管或钢棒的纵向缺陷检测时，探头与工件都不用旋转，使探伤设备的机械结构相对简单。

    本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在模拟电路板上设计两款可同时工作和切换的模拟信号采集和模数转换电路，探伤人员可以通过软件和界面控制来切换是单一的传统超声波探伤工作还是通过激发电磁超声波，进行非接触式电磁超声一体化探伤。

该超声波探伤仪，包括电源智能控制系统和CPU控制系统，CPLD和FPGA电路、FLASH存储电路、DSP数据处理电路、双路模拟采集电路、USB输出控制电路、带电磁超声换能器的探头、放大器、扫描器、显示器；

所述电源智能控制系统分别对CPU控制系统、CPLD和FPGA电路、FLASH存储电路、DSP数据处理电路和双路模拟采集电路进行总线供电；

所述CPLD和FPGA程序控制电路和FLASH内部存储电路相连接；

所述FLASH内部存储电路和DSP数据处理电路及USB输出控制电路相连接；

所述双路模拟采集电路信号同时传输到DSP数据处理电路并通过USB输出控制电路处理缺陷波形和数据；

所述带电磁超声换能器的探头通过放大器、扫描器和显示器连接，用户通过显示器选择带电磁超声换能器的探头所发射的超声波类型。

所述带电磁超声换能器的探头产生的超声波包括表面波、SH波和Lamb波。

所述的输出波形和数据显示独立分开，探头探伤工艺分别输入操作。

所述分割显示的缺陷波形有单独闸门分别报警记录。

所述探伤仪内部可以扩展至32个独立探伤工艺通道，分别保存不同探伤工件的探伤标准和比较数据。

系统采用电磁超声换能器在钢板、钢管中激发出体波，数十个探头同时在钢板、钢管上探伤。可对500℃以下的钢板、钢管进行在线检测，可确定缺陷的类别、大小及位置，测量钢板厚度可达40mm。

本实用新型的有益效果是：

在实现同样功能的前提下，EMAT探伤设备所用的通道数和探头数都少于压电超声。特别在板材EMAT探伤设备上就更为明显，压电超声要进行板面的探伤需要几十个通道及探头，而EMAT则只需要四个通道及相应数量的探头就可以了。达到的基本要求：体积小巧（165*150*35mm），重量轻便(1.8kg)，便于现场携带。连续保存数据3000幅以上。连续工作时间8小时。 

附图说明

图1是本实用新型的便携式电磁超声一体化探伤仪电路原理框图。 图2是本实用新型的便携式电磁超声一体化探伤仪的CPU控制系统、CPLD和FPGA控制电路图。 图3是本实用新型的便携式电磁超声一体化探伤仪的FLASH存储和DSP数据处理电路图。

图4是本实用新型的便携式电磁超声一体化探伤仪的双路模拟采集电路图。

具体实施方式

图1、图2、图3和图4共同描述了本实用新型的的一个实施例。在该例中，电源智能控制系统和CPU控制系统连接，同时对CPLD和FPGA电路、FLASH存储电路、DAP数据处理电路和双路模拟采集电路同时总线供电；CPLD和FPGA程序控制电路和FLASH内部存储电路相连接；FLASH内部存储电路和DSP数据处理及USB输出控制电路相连接；双路模拟采集电路信号同时传输到DSP数据处理系统并通过USB输出控制系统处理缺陷波形和数据。

在图2中，包括主要大规模集成电路UP1(XC2C256)、60路总线、24路总线、晶振YF1、电容CP3\CP4等器件。

在图3中，包括主要大规模集成电路UCPU(X3C44)、30路总线、7路总线

电阻：RC2\RC3\RT2

电容:

CC1\CC2\CC3\CC4\CC5\CC6\CC7\CRCT1\CRCT2\104P\105P\820P\22P等器件。

在图4中，包括主要集成电路UF11\UF12\UF21\UF22\UF31\UF32、

24路总线、电阻

RC11\RC12\RC13\RC14\RC15\RC16\RC17\RC18\RC19\RC20\RC21\RC22\RC23\RC24\RC25\RC26\RC27\RC28\RC29\RC30\RC31\RC32\RC33\RC34\RC35、晶振YF1、电容102P\104P\6P、电解电容100uF、电感100uH、二极管DC11\DC12\DC13\14等器件。

本实用新型装置携带轻便，体积小巧，可以实现大面积、高效率的现场非接触式电磁超声快速检测，充电电池满足连续8小时工作，交流电源供电不间断工作，分割显示独立的探伤波形和数据，现场保存缺陷波形，可以通过计算机等终端设备打印探伤报表和波形，实现探伤检测的计算机后处理。 

所述内容仅为本实用新型构思下的基本说明，而依据本实用新型的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种电磁超声一体化探伤仪，包括电源智能控制系统（1）和CPU控制系统（2），CPLD和FPGA电路（3）、FLASH存储电路（4）、DSP数据处理电路（5）、双路模拟采集电路（6）、USB输出控制电路（7）、带电磁超声换能器的探头（8）、放大器（9）、扫描器（10）、显示器（11）；

所述电源智能控制系统（1）分别对CPU控制系统（2）、CPLD和FPGA电路（3）、FLASH存储电路（4）、DSP数据处理电路（5）和双路模拟采集电路（6）进行总线供电；

所述CPLD和FPGA程序控制电路（3）和FLASH内部存储电路（4）相连接；

所述FLASH内部存储电路（4）和DSP数据处理电路（5）及USB输出控制电路（7）相连接；

所述双路模拟采集电路（6）信号同时传输到DSP数据处理电路（5）并通过USB输出控制电路（7）处理缺陷波形和数据；

所述带电磁超声换能器的探头（8）通过放大器（9）、扫描器（10）和显示器（11）连接，用户通过显示器选择带电磁超声换能器的探头（8）所发射的超声波类型。

2.根据权利要求1所述的一种电磁超声一体化探伤仪，其特征在于：所述带电磁超声换能器的探头（8）产生的超声波包括表面波、SH波和Lamb波。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种电磁超声一体化探伤仪，其特征在于：所述探伤仪内部可以扩展至32个独立探伤工艺通道。

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