专利名称：一种电力钢构件超声检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电磁超声检测技术，具体是一种电力钢构件超声检测装置。
背景技术：
超声导波检测技术是一种新兴的无损检测技术，无需逐点扫查，一次可检测一块平板或一段管道，具有检测效率高的优点。超声波测距是一种传统而实用的非接触测量方法，和激光、涡流和无线电测距方法相比，具有不受外界光及电磁场等因素影响的优点，在恶劣环境中也具有一定的适应能力，且结构简单，成本低，因此在工业控制、建筑测量、机器人定位方面得到了广泛的应用。若将电磁超声和导波技术整合一体，发挥其各自的优点，那么就可以实现非接触的快速检测，这在工业领域中有广阔的应用前景。人们期望获得一种技术效果优良的电磁超声检测探头。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种电力钢构件超声检测装置，具有结构设计简单、激励能力强、接收灵敏度高的特点，可进行电力构件厚板、输电铁塔和大口径管道等的检测。本实用新型具体提供了一种电力钢构件超声检测装置，其由发射传感器1、发射电路2、接收传感器3、接收放大电路4、回波信号处理电路5和单片机控制电路6、电源构成；其中:发射传感器1、发射电路2、单片机控制电路6、回波信号处理电路5、接收放大电路4接收传感器3分别依次相连接；发射电路2和接收放大电路4上还分别连接有超声波发射头、超声波接收头；其特征在于:发射电路2是一个工作频率为40kHz的555时基集成电路；单片机控制电路6的主控芯片具体为AT89C52 ;AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52单片机是主控芯片，用其控制显示、键盘扫描、报警、超声波的发射机接收的控制；单片机控制电路6产生6-16个40kHz发射脉冲用于驱动发射传感器1，并激励出超声波在空气中传播，遇障碍物反射而返回实现检测过程；接收传感器3通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换成电信号，由于该信号幅度为3-18毫伏，因此须由接收放大电路4进行低噪声放大将回波信号放大到一定幅度，接收放大电路4具体为40kHz带通滤波电路，具体使用MX4167高速运算放大器；然后通过回波信号处理电路5滤除干扰成分，并由回波信号处理电路5转换成方波信号，送至单片机控制电路6进行时间测量和距离的控制处理。[0010]单片机根据脉冲发射时间和接收到回波的时间计算出时间差t，即超声波在空气中传播的时间，并由式(101):[0011]S=c*t/2(101)[0012]计算出距离S，式中参数c是超声波在空气中的传播速度；[0013]发射电路2具体为MAX232单电源电平转换芯片，将40kHz的方波由5V转换成20V，以提高发射功率;MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。MAX232多用于串口通信，起到电平转换的作用，而本设计只用到其电平转换，将40kHz的方波由5V转换成20V，提高发射功率。[0014]超声波发射头具体是采用共振频率为40kHz的TCT40-16探头，超声波接收头具体为RCT40-16探头。[0015]超声波在空气中传播功率及精度与频率成正比，比较和分几个常用超声波频率的特点，优选取频率为40kHz ;由单片机端口输出40kHz间断两路反相方波，此时定时器开始计时，信号经MAX232电平转换芯片送到超声波换能器的两个电极，可以提高超声波的发射强度。[0016]所述电力钢构件超声检测装置中还设置有显示模块，其具体是采用SPI通信协议的N0KIA5110IXD显示模块。[0017]Nokia5110IXD支持多种串行通信协议，我们采用SPI通信协议。SPI总线系统是一种同步串行外设接口 ，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI总线系统一般使用4条线:串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MIS0、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线CS。[0018]SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位)，对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI和SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。具体电路图如图3所示。[0019]所述电力钢构件超声检测装置中还设置有数字温度传感器DS18B20和温度补偿>J-U ρ α装直。[0020]本实用新型利用温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响；在盲区消隐方面，采用延迟接收技术，有效消除了串绕信号，进一步提高了捡测的精度及灵敏度。[0021]为了克服外界温度环境的干扰，我们采用数字温度传感器DS18B20，独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力。温度传感器可编程的分辨率为扩12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20通过I线接口，所以单片机与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。

图1电磁超声探头的俯视图(磁铁顶部碳钢片未画出)；图2超声波发射电路图；图3Nokia5110显示电路部分原理接线图；图4电力钢构件超声检测处理工艺流程框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明:实施例1一种电力钢构件超声检测装置，其由发射传感器1、发射电路2、接收传感器3、接收放大电路4、回波信号处理电路5和单片机控制电路6、电源构成；其中:发射传感器1、发射电路2、单片机控制电路6、回波信号处理电路5、接收放大电路4接收传感器3分别依次相连接；发射电路2和接收放大电路4上还分别连接有超声波发射头、超声波接收头；其特征在于:发射电路2是一个工作频率为40kHz的555时基集成电路；单片机控制电路6的主控芯片具体为AT89C52 ;AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器RAM，器件采用ATMEL公司的高密度、 非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52单片机是主控芯片，用其控制显示、键盘扫描、报警、超声波的发射机接收的控制；单片机控制电路6产生6-16个40kHz发射脉冲用于驱动发射传感器1，并激励出超声波在空气中传播，遇障碍物反射而返回实现检测过程；接收传感器3通过压电转换的原理，将由障碍物返回的回波信号转换成电信号，由于该信号幅度为3-18毫伏，因此须由接收放大电路4进行低噪声放大将回波信号放大到一定幅度，接收放大电路4具体为40kHz带通滤波电路，具体使用MX4167高速运算放大器；然后通过回波信号处理电路5滤除干扰成分，并由回波信号处理电路5转换成方波信号，送至单片机控制电路6进行时间测量和距离的控制处理。单片机根据脉冲发射时间和接收到回波的时间计算出时间差t，即超声波在空气中传播的时间，并由式(101):S=c*t/2(101)计算出距离S，式中参数c是超声波在空气中的传播速度；发射电路2具体为MAX232单电源电平转换芯片，将40kHz的方波由5V转换成20V，以提高发射功率;MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。MAX232多用于串口通信，起到电平转换的作用，而本设计只用到其电平转换，将40kHz的方波由5V转换成20V，提高发射功率。[0036]超声波发射头具体是采用共振频率为40kHz的TCT40-16探头，超声波接收头具体为RCT40-16探头。[0037]超声波在空气中传播功率及精度与频率成正比，比较和分几个常用超声波频率的特点，优选取频率为40kHz ;由单片机端口输出40kHz间断两路反相方波，此时定时器开始计时，信号经MAX232电平转换芯片送到超声波换能器的两个电极，可以提高超声波的发射强度。[0038]所述电力钢构件超声检测装置中还设置有显示模块，其具体是采用SPI通信协议的N0KIA5110IXD显示模块。[0039]Nokia5110IXD支持多种串行通信协议，我们采用SPI通信协议。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI总线系统一般使用4条线:串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MIS0、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线CS。[0040]SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电位)，对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI和SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变(上沿和下沿为一次)，就可以完成8位数据的传输。具体电路图如图3所示。[0041]所述电力钢构件超声检测装置中还设置有数字温度传感器DS18B20。[0042]本实施例利用温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响；在盲区消隐方面，通过在软件上采用延迟接收技术，有效消除了串绕信号，进一步提高了捡测的精度及灵敏度。[0043]为了克服外界温度环境的干扰，我们采用数字温度传感器DS18B20，独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力。温度传感器可编程的分辨率为扩12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位(可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20通过I线接口，所以单片机与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个DS18B20可以同时存在于一条总线。
权利要求1.一种电力钢构件超声检测装置，其由发射传感器(I)、发射电路(2)、接收传感器(3)、接收放大电路(4)、回波信号处理电路(5)和单片机控制电路(6)、电源构成；其中:发射传感器(I)、发射电路(2)、单片机控制电路(6)、回波信号处理电路(5)、接收放大电路(4)接收传感器(3)分别依次相连接；发射电路(2 )和接收放大电路(4)上还分别连接有超声波发射头、超声波接收头；其特征在于: 发射电路(2)是一个工作频率为40kHz的555时基集成电路；单片机控制电路(6)的主控芯片具体为AT89C52 ； 接收放大电路(4)具体为40kHz带通滤波电路，具体使用MX4167高速运算放大器； 发射电路(2)具体为MAX232单电源电平转换芯片； 超声波发射头具体是采用共振频率为40kHz的TCT40-16探头，超声波接收头具体为RCT40-16 探头。
2.按照权利要求1所述电力钢构件超声检测装置，其特征在于:所述电力钢构件超声检测装置中还设置有显示模块，其具体是采用SPI通信协议的N0KIA5110IXD显示模块。
3.按照权利要求1或2所述电力钢构件超声检测装置，其特征在于:所述电力钢构件超声检测装置中还设置有数字温度传感器DS18B20和温度补偿装置。
专利摘要一种电力钢构件超声检测装置，其由发射传感器(1)、发射电路(2)、接收传感器(3)、接收放大电路(4)、回波信号处理电路(5)和单片机控制电路(6)、电源构成；其中发射电路(2)是一个工作频率为40kHz的555时基集成电路；单片机控制电路(6)的主控芯片具体为AT89C52，接收放大电路(4)具体为40kHz带通滤波电路，具体使用MX4167高速运算放大器；发射电路(2)具体为MAX232单电源电平转换芯片；超声波发射头具体是采用共振频率为40kHz的TCT40-16探头，超声波接收头具体为RCT40-16探头。本实用新型利用温度检测电路有效消除了环境温度变化对传播速度的影响；采用延迟接收技术有效消除了串绕信号，进一步提高了捡测的精度及灵敏度。
文档编号G01N29/07GK202974953SQ201220592200
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月11日 优先权日2012年11月11日
发明者王玲, 李朋, 李海春, 孟立军, 薛世东, 孟令帅, 苗瑜, 赵帅克, 李明, 关松, 王延 申请人:国家电网公司, 辽宁省电力有限公司本溪供电公司