CN205721215U

CN205721215U - 便携式超声波探伤仪

Info

Publication number: CN205721215U
Application number: CN201620355150.9U
Authority: CN
Inventors: 杨青
Original assignee: Chengdu Kruis Science And Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Kruis Science And Technology Co Ltd
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2026-04-26

Abstract

本实用新型涉及超声波领域，其公开了一种便携式超声波探伤仪，包括换能器、ARM主控制单元、FPGA信号处理单元及高压电源控制单元；所述换能器连接所述高压电源控制单元；所述高压电源控制单元连接所述FPGA信号处理单元；所述FPGA信号处理单元连接所述ARM主控单元。本实用新型的有益效果是：提高了产品的集成度，使产品尺寸更小，更易便携，更易于与其他检测系统或平台对接联动；提供数据同步接口，实现了对样品的检测数据实时与本地服务器同步，以标准化流程来增强对产品质量把控和问题跟踪能力，进一步保障检测规程的完整性，满足在线检测和监测需求。

Description

便携式超声波探伤仪

技术领域

本实用新型涉及超声波领域，尤其涉及一种便携式超声波探伤仪。

背景技术

在工业制造领域，无损检测是科学研究和工业生产部门的一种强有力的分析技术，类型广泛，用以在不损害或永久改变物体的材料成分，物理及化学结构的前提下评估样品的基本属性。是一种非常有用的技术，可广泛应用于电子电力、机械工程、土木工程等领域的产品缺陷评估、故障诊断。当前普通超声波探伤仪虽已应用广泛，但对其的改进不断延续，目前探伤工作主要是对缺陷的定位和定性检测，而主流的普通超声波探伤仪对缺陷的面积、形状难以可视化的评估。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种便携式超声波探伤仪，解决现有技术中探伤中对缺陷的面积、形状难以可视化评估的问题。

本实用新型提供了一种便携式超声波探伤仪，包括换能器、ARM主控制单元、FPGA信号处理单元及高压电源控制单元；所述换能器连接所述高压电源控制单元；所述高压电源控制单元连接所述FPGA信号处理单元；所述FPGA信号处理单元连接所述ARM主控单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述换能器为超声波探头。

作为本实用新型的进一步改进，所述高压电源控制单元包括高压脉冲发生电路、信号继电控制单元、增益控制单元、AD采样模块、高精度电压参考源；所述高压脉冲发生电路连接所述信号继电控制单元；所述信号继电控制单元连接所述增益控制单元；所述增益控制单元连接所述AD采样模块；所述高精度电压参考源连接所述AD采样模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述ARM主控制单元包括主控芯片、接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块；所述主控芯片分别连接所述接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述接口模块包括USB接口和SD卡接口。

作为本实用新型的进一步改进，所述ARM主控制单元还包括WIFI模块；所述WIFI模块连接所述主控芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述FPGA信号处理单元包括外围控制模块、激励控制模块、回波控制模块、AD采样控制模块和接口模块；所述激励控制模块连接所述高压电源控制单元的高压脉冲发生电路；所述回波控制模块连接所述高压电源控制单元的信号继电控制单元；所述AD采样控制模块连接所述高压电源控制单元的AD采样模块；所述外围控制模块连接按键单元。

本实用新型的有益效果是：提高了产品的集成度，使产品尺寸更小，更易便携，更易于与其他检测系统或平台对接联动；提供数据同步接口，实现了对样品的检测数据实时与本地服务器同步，以标准化流程来增强对产品质量把控和问题跟踪能力，进一步保障检测规程的完整性，满足在线检测和监测需求。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

一种便携式超声波探伤仪，包括换能器、ARM主控制单元、FPGA信号处理单元及高压电源控制单元；所述换能器连接所述高压电源控制单元；所述高压电源控制单元连接所述FPGA信号处理单元；所述FPGA信号处理单元连接所述ARM主控单元。

所述换能器为超声波探头。

所述高压电源控制单元包括高压脉冲发生电路、信号继电控制单元、增益控制单元、AD采样模块、高精度电压参考源；所述高压脉冲发生电路连接所述信号继电控制单元；所述信号继电控制单元连接所述增益控制单元；所述增益控制单元连接所述AD采样模块；所述高精度电压参考源连接所述AD采样模块。

所述ARM主控制单元包括主控芯片、接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块；所述主控芯片分别连接所述接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块。

所述接口模块包括USB接口和SD卡接口。

所述ARM主控制单元还包括WIFI模块；所述WIFI模块连接所述主控芯片。

所述FPGA信号处理单元包括外围控制模块、激励控制模块、回波控制模块、AD采样控制模块和接口模块；所述激励控制模块连接所述高压电源控制单元的高压脉冲发生电路；所述回波控制模块连接所述高压电源控制单元的信号继电控制单元；所述AD采样控制模块连接所述高压电源控制单元的AD采样模块；所述外围控制模块连接按键单元。

在一种实施例中，如图1，本便携式超声波探伤仪包括为ARM主控制电路、FPGA信号处理及高压电源控制电路。

ARM主控电路包含主控芯片、外围接口、电池充电电路、SD卡连接器、温湿度监测电路、触摸显示电路、存储电路。主控芯片：采用 ARM微处理器STM32F746，其控制整个仪器系统的运行，处理器内部运行的是FREERTOS实时操作系统、TCP/IP协议栈、超声数据分析程序。外围接口：主要为微控制器提供的接口，y有负责与仪器外部设备进行通信的USB接口和WIFI模块（ESP8266），除此之外还包括JTAG端口，SPI，UART，GPIO。电池充电电路: 仪器采用7.5v 的锂聚合物或锂离子电池供电，充电时，通过电源适配器接口经芯片给电池充电，并通过热敏电阻监测电池在充电时的温度情况。SD卡连接器：当仪器不能连接到PC机上时，支持对探伤分析数据的外部存储。温湿度监测电路：采用HDC1000传感器，用于测量仪器工作的当前温度和湿度情况。触摸显示接口：为RGB显示接口和4线电阻触摸屏接口。存储电路：提供了256Mb的SDRAM内存和2Gb的Nand flash,为系统提供充足的存储单元。

FPGA信号处理及高压电源控制电路包含高压激励信号产生电路、信号继电切换电路、探头接口、信号滤波电路、自动增益控制电路、ADC信号采集电路、FPGA控制运算单元、按键及LED电路。高压激励信号产生电路：FPGA控制双MOSFET驱动芯片MAX626,并结合相应的MOSFET、稳压二极管压、电阻、电容等器件，可产生200V、300V、400V、500V电压输出；信号继电切换单元：信号切换电路主芯片采用ATQ229芯片，其由FPGA芯片控制，继电单元支持单晶、双晶探头的激励信号和输出信号切换，可起到信号物理隔离的作用。尤其是在对单晶探头输出信号采集时可有效避免高压激励信号对输出信号的干扰。探头接口：支持行业内单晶和双晶探头标准。信号滤波电路：采用物理带通滤波器设计，支持0.5MHz到10MHz带通信号，对于其他非工作频段信号进去滤除，提高信噪比，。自动增益控制电路：该部分电路主要采用双通道可变增益放大器（AD8332）和12bit 分辨率数模转换器件（MAX539），带通信号经过运算放大器，并在DAC反馈调节下，可实现增益放大器对信号的自动增益调节。ADC信号采集电路：为系统提供原始超声换能信号采集，电路主芯片采用模数转换器ADS58B19，其分辨率为9bit、采样率为250MSPS。FPGA控制运算单元：对于来自ADC的数字信号，FPGA控制器将其缓存至SDRAM存储器中，经扫频及自适应带通滤波后，一方面对带通数据进行希尔伯特变化，完成包络重构，并将包络数据通过SPI接口发送到ARM系统；另一方面对带通数据进行数字信号处理以提供成像数据给ARM系统。按键及LED电路：按键捕获及LED控制由FPGA提供完成，按键信息的处理和指示灯状态配置则由ARM主控器提供。该探伤仪增强了仪器对缺陷的自动辨别能力，通过增强仪器对信号的自动分析能力，减少人工对信号的筛选识别工作，通过对超声回波信息的进一步挖掘分析，增加了只有昂贵相控阵探伤仪才具备的成像能力，以辅助图像的形式对缺陷位置、形状大小进行较为直观呈现；优化了人机交换接口。进一步有效解决了工程人员对当前超声波探伤仪难用的问题，普通工程人员无需考证就能够根据操作向导傻瓜式地使用仪器。

对该探伤仪可以按照如下方式进行操作：

1）仪器开机启动，FPGA程序由ARM加载至FPGA系统，ARM系统初始化人机交互界面；

2）用户设定待测材料的声速（或材料类型）以及选定超声换能探头的工作参数；

3）通过标准试块校准系统工作参数，生成校准模型，并保存至系统存储单元；

4）ARM+FPAGA系统内部开始周期性发送高压脉冲指令激发超声换能探头工作，并受状态机控制信号切换电路接收探头数据，探头反馈信号经信号带通滤波器滤除干扰信号后得到有用信号；

5）滤波后的信号经过高速ADC模数转换器得到数字信号并传递给FPGA进行处理；

6）FPGA接收采样数据经缓存、信号处理后通过SPI数据接口交给ARM处理；

7）重复步骤4-7，ARM控制系统得到探测数据以报表、图形、图像的形式呈现给用户；

8）对于按键信号的接收和指示灯的状态控制则由FPGA执行，其中按键信号的处理和指示灯状态的配置则由FPGA通过串口交由ARM主控器处理完成。

9）对于FPGA控制系统的工作状态和告警信息则通过串口发送给ARM控制系统；

10）ARM系统监控自身运行状态和告警信息；

11）ARM+FPGA的相关业务统计数据、工作状态，告警信息保存至本地存储器以便现场查看，也可通过WIFI模块同步到远端服务系统。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种便携式超声波探伤仪，其特征在于：包括换能器、ARM主控制单元、FPGA信号处理单元及高压电源控制单元；所述换能器连接所述高压电源控制单元；所述高压电源控制单元连接所述FPGA信号处理单元；所述FPGA信号处理单元连接所述ARM主控单元。

2.根据权利要求1所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述换能器为超声波探头。

3.根据权利要求1所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述高压电源控制单元包括高压脉冲发生电路、信号继电控制单元、增益控制单元、AD采样模块、高精度电压参考源；所述高压脉冲发生电路连接所述信号继电控制单元；所述信号继电控制单元连接所述增益控制单元；所述增益控制单元连接所述AD采样模块；所述高精度电压参考源连接所述AD采样模块。

4.根据权利要求1所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述ARM主控制单元包括主控芯片、接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块；所述主控芯片分别连接所述接口模块、电池模块、温湿度传感器模块、触摸显示模块以及存储模块。

5.根据权利要求4所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述接口模块包括USB接口和SD卡接口。

6.根据权利要求1所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述ARM主控制单元还包括WIFI模块；所述WIFI模块连接所述主控芯片。

7.根据权利要求1所述的便携式超声波探伤仪，其特征在于：所述FPGA信号处理单元包括外围控制模块、激励控制模块、回波控制模块、AD采样控制模块和接口模块；所述激励控制模块连接所述高压电源控制单元的高压脉冲发生电路；所述回波控制模块连接所述高压电源控制单元的信号继电控制单元；所述AD采样控制模块连接所述高压电源控制单元的AD采样模块；所述外围控制模块连接按键单元。