CN203658313U

CN203658313U - 大功率超声探伤一体机

Info

Publication number: CN203658313U
Application number: CN201420022850.7U
Authority: CN
Inventors: 毛文韬; 韩庆邦; 李佳铭; 程霆; 王恒; 刘威
Original assignee: HUAIAN RESEARCH INSTITUTE OF HEHAI UNIVERSITY
Current assignee: HUAIAN RESEARCH INSTITUTE OF HEHAI UNIVERSITY
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-01-15

Abstract

本实用新型公开了大功率超声探伤一体机，其特征在于，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括MCU和脉冲输出电路，所述MCU输出PWM波形控制脉冲输出电路输出双脉冲信号；所述接收模块包括顺次相连的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路；所述发射模块和接收模块之间通过隔离电路连接，所述隔离电路包括比较器和衰减电路，隔离电路与换能器相连，隔离电路将发射模块的双脉冲信号发射给换能器，同时双脉冲信号经衰减电路与前置放大电路连接，换能器接收回波信号并发射给隔离电路，隔离电路将回波信号发射给接收模块；所述接收模块通过AD采集与上位机相连。设备简单，成本较低且功率大，可以更精确的进行混凝土材料的探伤工作。

Description

大功率超声探伤一体机

技术领域

本实用新型涉及一种大功率超声探伤一体机。

背景技术

现今大坝、桥梁等大型建筑的主要材料大都为钢筋混凝土。若建筑内部存在缺陷，则容易导致建筑坍塌，带来灾难性后果。为此我们希望采用无损探伤的方法对缺陷进行探测，超声无损检测可以用来探测建筑内部的缺陷。现有设计的超声探伤仪器，超声波功率较低，检测结果精确度不够，设备也比较复杂，成本高。

本实用新型的主要思路是首先通过大功率信号发射源向建筑物发射大功率超声波，然后收集反射的回波，再通过上位机对回波数据的分析，得到建筑物内部的结构分布情况，进一步分析建筑物内部是否存在缺陷，可以更加精确的确定混凝土材料内的伤痕位置。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种大功率超声探伤一体机，设备简单，易于实现，成本较低且功率大，可以更精确的进行混凝土材料的探伤工作。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

大功率超声探伤一体机，其特征在于，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括MCU和脉冲输出电路，所述MCU输出PWM波形控制脉冲输出电路输出双脉冲信号；所述接收模块包括顺次相连的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路；所述发射模块和接收模块之间通过隔离电路连接，所述隔离电路包括比较器和衰减电路，隔离电路与换能器相连，隔离电路将发射模块的双脉冲信号发射给换能器，同时双脉冲信号经衰减电路与前置放大电路连接，换能器接收回波信号并发射给隔离电路，隔离电路将回波信号发射给接收模块；所述接收模块通过AD采集与上位机相连。优选所述脉冲输出电路包括两个半桥驱动器和四个功率开关管，每个半桥驱动器均有两个顺次相连的功率开关管的G极相连，两两顺次相连的功率开关管与油浸电容并联且一端接地另一端与电源相连，一脉冲变压器的输入端分别与两个顺次相连的功率开关管的连接处相连，脉冲变压器的输出端与隔离电路相连。

MCU产生PWM波作为控制信号，经过桥式驱动电路对全桥进行驱动，经过电流放大电路来控制功率开关管的通断，以达到控制油浸电容充放电的目的，从而控制脉冲激发电路输出所需脉宽的双脉冲信号，最终经过脉冲变压器使脉冲幅度大大提升，可以发出大功率信号。隔离电路将大功率信号发射出去，同时将大功率信号进行衰减输出到接收模块，并且使换能器一直处于接收状态来接收小信号回波信号并输出至接收模块。通过AD采集将数据传输至上位机进行后期处理。设备简单，易于实现，成本较低且功率大，可以更精确的进行混凝土材料的探伤工作。

本实用新型的有益效果是：大功率超声探伤一体机，设备简单，易于实现，成本较低且功率大，可以更精确的进行混凝土材料的探伤工作。

附图说明

图1是本实用新型大功率超声探伤一体机的结构框图；

图2是本实用新型大功率超声探伤一体机的脉冲输出电路的电路图；

图3是本实用新型大功率超声探伤一体机的自动增益控制电路；

图4是本实用新型大功率超声探伤一体机的峰值检测电路；

附图的标记含义如下：

T：脉冲变压器；C：油浸电容；Q1：第一功率开关管；Q2：第二功率开关管；Q3：第三功率开关管；Q4：第四功率开关管。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1和图2所示，大功率超声探伤一体机，包括发射模块和接收模块，发射模块和接收模块之间通过隔离电路连接。其中发射模块包括MCU和脉冲输出电路，MCU输出PWM波形控制脉冲输出电路输出双脉冲信号。接收模块包括顺次相连的前置放大电路、用于去除杂波的带通滤波电路和自动增益控制电路。优选前置放大电路由运算放大器组成，进行简单的初步放大，带通滤波电路主要由电感、电容和运算放大器组成，实现除去杂波的功能。

自动增益控制电路如图3所示，主要由数字电位器、放大器和峰值检测电路组成，自动增益控制电路通过数字电位器MAX4502实现，电阻大约为10KΩ，由256个可变电阻串联组成的数字电位器，对信号最大衰减为255倍，H为电位器的高端,L为电位器的低端,W为电位器的滑动端,滑动端的位置受内部锁存器的8位数据控制，改变锁存器的数据就可以改变可调端可调电位器的分压比，CS端为片选端,DIN为数据输入端,SCLK 为同步时钟端。当电位器的高端H接全波整流输出,低端L接地,中间滑动端接放大器的输入时, 根据回波信号峰值的大小, 在MCU的控制下, 改变分压比,使接收到的信号放大到一个比较好的波形。峰值检测电路如图4所示，主要由TLC372、LM358运放和电压跟随器组成,可以较好地检测出波形峰值。

隔离电路包括比较器和衰减电路，隔离电路与换能器相连，隔离电路将发射模块的双脉冲信号发射给换能器，同时双脉冲信号经衰减电路与前置放大电路连接，换能器发射信号至混凝土材料内，并接收回波信号并发射给隔离电路，隔离电路将回波信号发射给前置放大电路。回波信号即是从混凝土材料内返回的信号，由于存在损耗，所以回波信号的功率远远小于原始的双脉冲信号。隔离电路通过比较器判断接收的信号是大功率的原始双脉冲信号还是小功率的回波信号。自动增益控制电路通过AD采集与上位机相连。

优选脉冲输出电路包括两个半桥驱动器和四个功率开关管，每个半桥驱动器均有两个顺次相连的功率开关管的G极相连，两两顺次相连的功率开关管与油浸电容并联且一端接地另一端与电源相连，一脉冲变压器的输入端分别与两个顺次相连的功率开关管的连接处相连，脉冲变压器的输出端与隔离电路相连。

具体实施例如图2，其中MCU是MSP430，半桥驱动器是IR2104，功率开关管是IGBT。MSP430的主要任务是负责产生PWM波形的控制信号，IR2104的特点是输入信号5V可以工作，最高可以驱动600V半桥电路。在MCU的控制下全桥电路对油浸电容C进行高压充放电，产生大功率信号，桥式电路采用功率开关管IGBT搭建，IGBT的特点是驱动功率小而饱和压降低，开关速度快，导通状态低损耗，符合本设计大功率的需求。四个功率开关管IGBT分别是Q1、Q2、Q3和Q4，他们的G极分别与IR2104相连，其中Q1和Q2顺次相连，Q3和Q4顺次相连，且Q1和Q3的D极与电源相连，Q2和Q4的S极与地相连，他们组成一个全桥驱动电路。油浸电容C与顺次相连的两个功率开关管IGBT并联，而脉冲变压器T的输入端分别连接在Q1和Q2之间以及Q3和Q4之间，输出端与隔离电路相连。MCU产生PWM波作为控制信号，经过桥式驱动电路对全桥进行驱动，经过电流放大电路来控制功率开关管的通断，以达到控制油浸电容C充放电的目的，从而控制脉冲激发电路输出所需脉宽的双脉冲信号，即可以控制油浸电容C充放电来达到大功率信号源的要求。最终经过脉冲变压器T使脉冲幅度大大提升，可以发出800V左右的稳定大功率信号。

优选发射模块还包括检波电路，检波电路包括与脉冲输出电路相连的衰减电路，衰减电路与峰值检测电路相连，峰值检测电路与MCU相连。衰减电路将大功率信号衰减成小功率信号，峰值检测电路检测出信号的峰值，反馈至MCU进行闭环控制，防止过载和空载的情况发生。

优选发射模块、接收模块和隔离电路位于一个探头内，且发射模块和接收模块之间设置有电磁隔离模块。电磁隔离模块能有效屏蔽发射模块和接收模块之间的电磁干扰，使系统正常工作，达成一体机的效果，现有设计的电磁隔离模块即可。可应用于混凝土大坝、核电关键压力容器等散射比较强介质的超声检测。

在工作单次采集信号模式时，通过上位机发出指令，使MCU产生控制信号，输入至全桥驱动电路使油浸电容充放电产生一个周期的大功率信号，通过隔离电路和换能器发射超声波信号至混凝土材料内，同时一个周期的大功率信号被隔离电路衰减输出至接收模块，然后隔离电路控制换能器改为接收工作状态。换能器接收到从混凝土材料传回来的第一次小信号回波信号，输出至接收模块，先经过前置放大电路进行初步放大，再通过带通滤波电路除去杂波，最后通过自动增益控制电路进行二次放大，经过MCU控制AD采集并通过串口通信上传至上位机。上位机对最终的数据进行处理，进而分析建筑物内部是否存在缺陷，可以更加精确的确定混凝土材料内的伤痕位置。

在连续信号采集模式时，通过上位机发出指令，使MCU产生控制信号，输入至全桥驱动电路使油浸电容充放电产生一个周期的大功率信号，通过隔离电路和换能器发射超声波信号至混凝土材料内，同时一个周期的大功率信号被隔离电路衰减输出至接收模块，然后隔离电路控制换能器改为接收工作状态。换能器接收到从混凝土材料传回来的第一次小信号回波信号，MCU重新产生一个控制信号输入至全桥驱动电路发射下一次信号，同时前次发射信号的第一次小信号回波信号输出至接收模块，先经过前置放大电路进行初步放大，再通过带通滤波电路除去杂波，最后通过自动增益控制电路进行二次放大，经过MCU控制AD不断采集并通过串口通信上传至上位机。优选MCU在发射波形时电压值达到幅值的三分之二时开始计时，并且在接收的第一个回波信号波形的电压值达到其幅值的三分之二停止计时，以达到使换能器充分工作的效果，减少探测的误差。上位机对最终的数据进行处理，进而分析建筑物内部是否存在缺陷，可以更加精确的确定混凝土材料内的伤痕位置。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.大功率超声探伤一体机，其特征在于，包括发射模块和接收模块，所述发射模块包括MCU和脉冲输出电路，所述MCU输出PWM波形控制脉冲输出电路输出双脉冲信号；所述接收模块包括顺次相连的前置放大电路、带通滤波电路和自动增益控制电路；所述发射模块和接收模块之间通过隔离电路连接，所述隔离电路包括比较器和衰减电路，隔离电路与换能器相连，隔离电路将发射模块的双脉冲信号发射给换能器，同时双脉冲信号经衰减电路与前置放大电路连接，换能器接收回波信号并发射给隔离电路，隔离电路将回波信号发射给接收模块；所述接收模块通过AD采集与上位机相连。

2.根据权利要求1所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述脉冲输出电路包括两个半桥驱动器和四个功率开关管，每个半桥驱动器均有两个顺次相连的功率开关管的G极相连，两两顺次相连的功率开关管与油浸电容并联且一端接地另一端与电源相连，一脉冲变压器的输入端分别与两个顺次相连的功率开关管的连接处相连，脉冲变压器的输出端与隔离电路相连。

3.根据权利要求1所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述发射模块还包括检波电路，所述检波电路包括与脉冲输出电路相连的衰减电路，所述衰减电路与峰值检测电路相连，所述峰值检测电路与MCU相连。

4.根据权利要求3所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述发射模块、接收模块和隔离电路位于一个探头内，且发射模块和接收模块之间设置有电磁隔离模块。

5.根据权利要求1所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述MCU是MSP430。

6.根据权利要求2所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述半桥驱动器是IR2104。

7.根据权利要求2所述的大功率超声探伤一体机，其特征在于，所述功率开关管是IGBT。