CN207051243U - 基于多种超声技术的复合材料探伤仪 - Google Patents

Abstract

基于多种超声技术的复合材料探伤仪，涉及对复合材料碳纤维、玻璃钢、蜂窝夹芯复材零件进行扫描探伤所用的探伤仪。包括常规超声探头、相控阵超声探头和探伤主机设备；常规超声探头采用单个压电晶片产生的超声波来进行探伤扫描；相控阵超声探头由多个小的压电晶片按照一定序列组成，通过激活多个晶片发射的超声波束相互干涉形成新的波束来进行探伤扫描；探伤主机设备为集电子系统控制模块、信号采集处理模块、主控制器、人机交互模块于一体的主体设备。电子系统控制模块按照一定的规则和时序激发超声探头中的压电晶片；信号采集处理模块将超声探头输出的信号进行采集和处理；利用主控制器对人机交互模块进行参数的显示和设定，方便用户操作。

Description

基于多种超声技术的复合材料探伤仪

技术领域

本实用新型涉及复合材料碳纤维、玻璃钢、蜂窝夹芯复材零件的探伤扫描领域，利用常规超声扫描和相控阵超声扫描相结合的方式对复合材料进行探伤扫描，通过人机交互界面显示复合材料是否有损伤。

背景技术

复合材料是指经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分，通过人工复合，组成多相、且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的固体材料。基于复合材料的探伤检验有涡流检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测和超声检测五种常见的检测方式。超声探伤检测技术以其检测速度快、穿透力强、检验灵敏度高等优势是其中发展最快、应用最广的一种方法。常规的超声检测是通过常规的超声探头对复合材料的部位进行声束扫描，包括机械扫描和电子扫描，获取一维的图像显示，该扫描方式比较单一，相对于比较复杂的复合材料，不能精确直观地体现出其损伤情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于多种超声技术的复合材料探伤仪，将常规超声扫描和相控阵扫描技术完美融合，应用于复合材料的探伤扫描检测中，能清楚直观地体现所检测部位的损伤情况。本实用新型解决了现有的同类产品存在的扫描单一，检测速度慢、显示不清晰，不能准确确定探伤状况的问题。

基于多种超声技术的复合材料探伤仪，其特征主要包括常规超声探头(1)、相控阵超声探头(2)和探伤主机设备(3)。常规超声探头(1)由常规超声扫描接口(4)、压电晶片(5)、常规超声线缆(6)和常规超声与主机连接接口(7)构成；相控阵超声探头(2)由相控阵超声扫描接口(8)、压电晶片阵列(9)、相控阵超声线缆(10)和相控阵超声与主机连接接口(11)构成；探伤主机设备(3)由电子系统控制模块(12)、信号采集处理模块(13)、主控制器(14)和人机交互模块(15)构成。常规超声探头(1)通过常规超声扫描接口(4)与被测复合材料连接，将测到的超声波通过压电晶片(5)转化为电信号，以常规超声线缆(6)作为传输介质，从常规超声与主机连接接口(7)输入至探伤主机设备(3)；相控阵超声探头(2)通过相控阵超声扫描接口(8)与被测复合材料连接，将测到的超声波通过电子系统控制模块(12)激活，将压电晶片阵列(9)转化为电信号，以相控阵超声线缆(10)作为传输介质，从相控阵超声与主机连接接口(11)输入至探伤主机设备(3)；探伤主机设备(3)接收到常规超声探头(1)、相控阵超声探头(2)发过来的电信号，通过信号采集处理模块(13)进行信号处理，处理后的信号进入主控制器(14)，主控制器(14)通过软件算法实现动态聚焦、偏转等效果，在人机交互模块(15)上显示被测复合材料的探伤状态，同时可在人机交互模块(15)上通过主控制器(14)操作设定相关操作的模式，常规超声探头(1)和相控阵超声探头(2)按照此模式进行对被测符合材料的探伤扫描。

本实用新型所提供的复合材料探伤仪，将超声组合扫描技术，计算机控制技术，相控阵成像技术、FPGA技术，开关电源技术、低功耗技术等合为一体，实现对多种类型复合材料的扫描探伤检测功能。

本实用新型所提供的复合材料探伤仪，集电子扫描(E扫描)、动态深度聚焦，对不同聚焦深度扫描、扇形扫描(S扫描)、多重A扫描于一体，使超声波在所有方位检测到的缺陷信息图像清晰直观；采用的相控阵成像技术能使检测图像以横截面、水平面、扇面和切面多种形式显示，可以利用二维坐标对缺陷进行定位定量，有利于方向性缺陷的检测和定量。采用的计算机控制技术、FPGA技术实现超声相控阵检测的延时算法和等强度接收算法，通过软件设计实现超声成像、人机交互、参数设定等功能；采用开关电源技术实现探伤仪能够在有外部电源和无外部电源的场合中都能够使用；采用低功耗技术实现本探伤仪能够在无外部电源的情况下工作8小时以上。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图中标号：1-常规超声探头 2-相控阵超声探头 3-探伤主机设备 4-常规超声扫描接口 5-压电晶片 6-常规超声线缆 7-常规超声与主机连接接口 8-相控阵超声扫描接口 9-压电晶片阵列 10-相控阵超声线缆 11-相控阵超声与主机连接接口 12-电子系统控制模块 13-信号采集处理模块 14-主控制器 15-人机交互模块 16-被测复合材料

具体实施方式

下面结合附图并用最佳的实施例对本实用新型作详细的说明。

参阅图1；本实用新型的目的是提供的复合材料探伤仪，将常规超声扫描和相控阵扫描技术完美融合，应用于复合材料的探伤扫描检测中，能清楚直观地体现所检测部位的损伤情况。基于多种超声技术的复合材料探伤仪，包括常规超声探头(1)、相控阵超声探头(2)和探伤主机设备(3)。常规超声探头(1)由常规超声扫描接口(4)、压电晶片(5)、常规超声线缆(6)和常规超声与主机连接接口(7)构成；相控阵超声探头(2)由相控阵超声扫描接口(8)、压电晶片阵列(9)、相控阵超声线缆(10)和相控阵超声与主机连接接口(11)构成；探伤主机设备(3)由电子系统控制模块(12)、信号采集处理模块(13)、主控制器(14)和人机交互模块(15)构成。常规超声探头(1)通过常规超声扫描接口(4)与被测复合材料连接，将测到的超声波通过压电晶片(5)转化为电信号，以常规超声线缆(6)作为传输介质，从常规超声与主机连接接口(7)输入至探伤主机设备(3)；相控阵超声探头(2)通过相控阵超声扫描接口(8)与被测复合材料连接，将测到的超声波通过电子系统控制模块(12)激活，将压电晶片阵列(9)转化为电信号，以相控阵超声线缆(10)作为传输介质，从相控阵超声与主机连接接口(11)输入至探伤主机设备(3)；探伤主机设备(3)接收到常规超声探头(1)、相控阵超声探头(2)发过来的电信号，通过信号采集处理模块(13)进行信号处理，处理后的信号进入主控制器(14)，主控制器(14)通过软件算法实现动态聚焦、偏转等效果，在人机交互模块(15)上显示被测复合材料的探伤状态，同时可在人机交互模块(15)上通过主控制器(14)操作设定相关操作的模式，常规超声探头(1)和相控阵超声探头(2)按照此模式进行对被测符合材料的探伤扫描。

本实用新型由常规超声探头和相控阵超声探头进行对被测复合材料的扫描，通过超声的发射和接收，实现对复合材料的损伤成像，从而检测复合材料的损伤状态。被测复合材料接收到常规超声探头和相控阵超声探头发出的超声信号后将产生回波信号，到达各压电晶片的时间存在差异，主控制器按照回波到达各压电晶片的时间差对各压电晶片接收信号进行延时补偿，然后相加合成，增强特定方向回波信号，同时通过各压电晶片的相位、幅度控制及声束形成等方法，形成聚焦、变孔径、变迹等多种效果，使接收的图像更清晰，直观。

本实用新型的探伤主机设备采用现场可编程门阵列FPGA作为主控制器，负责进行数据采集的控制和数字信号的延时处理。通过超声探头发送过来的被测符合材料的缺陷参数输入FPGA主控芯片，由等强度接收算法计算各通道强度参数并配置给D/A转换芯片，转换芯片输出的模拟电压作为信号采集处理模块的控制电压，信号处理模块将压电晶片输出的电压信号进行可变增益放大，滤波处理后经过内部自带的A/D转换模块处理后，转换结果进入FPGA主控芯片，根据软件算法实现相关的延时处理，得到清晰直观地损伤图像在人机交互模块上显示。

本实用新型的探伤主机设备采用自带中文字库的TFT真彩高亮显示屏，采用高速数字处理器驱动显示界面，采用成熟的电阻触摸屏技术来实现人机交互功能。

本实用新型的探伤主机设备采用独立的可变增益放大器、滤波器和12位A/D转换芯片来实现信号采集处理。

本实用新型采用开关电源技术，采用外部供电和锂电池供电相结合的方式对设备进行供电，同时设计了专用座式充电器，保证一块电池工作一块电池充电，开辟了边充边用的交流电接口。

本实用新型采用微功耗技术，通过集成电路设计及元器件的筛选，降低能耗，保证单块锂电池工作时间可达9小时。

Claims (4)

1.一种基于多种超声技术的复合材料探伤仪，包括常规超声探头、相控阵超声探头和探伤主机设备，其特征是常规超声探头的输入端与被测复合材料连接，相控阵超声探头的输入端与被测复合材料连接，常规超声探头的输出端与探伤主机设备连接，相控阵超声探头的输出端与探伤主机连接。

2.根据权利要求1所述的复合材料探伤仪，所述的常规超声探头由常规超声扫描接口、压电晶片、常规超声线缆和常规超声与主机连接接口构成。

3.根据权利要求1所述的复合材料探伤仪，所述的相控阵超声探头由相控阵超声扫描接口、压电晶片阵列、相控阵超声线缆和相控阵超声与主机连接接口构成。

4.根据权利要求1所述的复合材料探伤仪，所述的探伤主机设备由电子系统控制模块、信号采集处理模块、主控制器和人机交互模块构成。