专利名称：单元组合式多通道超声波探伤仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无损检测探伤领域，特别是一种单元组合式多通道超声波探伤仪。
背景技术：
目前国内外多通道探伤设备都属于整体结构，生产厂家根据用户要求，进行专门设计，由于用户要求千变万化，有要求探伤速度高的，也有要求探伤通道多的(最多可达8*N通道)。由于自动化探伤行业还刚刚兴起，因此，标准化、规范化的工作还远未实现。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种用单元化、模块化结构设计的单元组合式多通道超声波探伤仪。
本装置由发送单元、接收单元、高速数据处理卡、探伤计算机、以太网、计算机总站、显示器以及探伤控制系统软件即探伤计算机软件和计算机总站软件组成，其中每个计算机总站可以通过以太网连接N个探伤计算机，在每个探伤计算机内可以插入三个高速数据处理卡，每个高速数据处理卡可以连接8、4、2、1个发送单元和接收单元，单元组合式多通道超声波探伤仪的探伤通道数最少是1通道，最多是8*N个。如图1所示。
1、发送单元发送单元线路是由单稳触发器、驱动器、多路开关、可编程门阵列CPLD以及四个驱动电路依次连接组成，每个驱动电路的连接关系如下电阻R50(R51、R52、R53)与两个并联的驱动器U5A、U5B(U5C、U5D；U5E、U5F；U3B、U3C)连接，再连接上拉电阻R54(R55、R56、R57)，然后再与场效应管T10(T11、T12、T13)连接，再连接电阻R58(R59、R60、R61)、电容C6(C8、C10、C12)、电容C7(C9、C11、C13)、电阻R62(R63、R64、R65)和二极管D31(D33、D35、D37)、D30(D32、D34、D36)、电阻R66(R67、R68、R69)。
从高速数据处理卡发出的同步信号SYNC0、SYNC1、SYNC2进入发送单元的可编程门阵列，通过可编程门阵列内部程序的编写，输出信号A和信号B，去控制多路开关的通断；从高速数据处理卡发出的同步信号SYNC2通过单稳触发器、驱动器、多路开关进入相应的驱动电路驱动连接到探头的发射端(TAN_TOU1、TAN_TOU2、TAN_TOU3、TAN_TOU4)。其中有四个功能相同的驱动电路，它通过两个驱动器并联驱动后的信号，经过电阻R的上拉，进入场效应管T放大后，在400V高电压的作用下，再经过电阻和二极管，产生激发超声波探头的高电压脉冲。
该单元可做成8、4、2、1四种通道发送模块，主要功能是把高速处理卡的同步信号，经脉冲整形、驱动、通过多路开关到指定的驱动电路，对该通道探头发出宽度可调的超声波高压脉冲信号，以4通道为例，原理图如图2所示。
2、接收单元接收单元线路是由4个驱动电路、多路开关、低噪声放大器和可编程门阵列CPLD依次连接组成，每个驱动电路是由电阻R20、R21(R25、R22；R26、R23；R27、R24)连接二极管D11、D13(D15、D17；D19、D21；D23、D25)和稳压管D12、D14(D16、D18；D20、D22；D24、D26)，并连接三极管Q1(Q2、Q3、Q4)，再与滤波电阻R29(R30、R31、R32)和电容C12、C13(C16、C17；C19、C20；C23、C24)连接，连接到多路开关的相应的管脚上.其中电源的+5V和-5V通过电感L1、L2(L3、L4；L5、L6；L7、L8)连接到三极管Q1(Q2、Q3、Q4)的集电极和发射极电阻R29(R30、R31、R32)的另一端。
每个驱动电路接收相应的探头的回波信号通过电阻连接到二极管和稳压管上，并连接到三极管，连接电阻和电容进行滤波后，连接到多路开关的相应的管脚上，其中电源的+5V和-5V通过两个电感连接到三极管的集电极和发射极电阻的另一端。从高速数据处理卡发出的同步信号SYNC0、SYNC1、SYNC2进入发送单元的可编程门阵列，通过可编程门阵列内部程序的编写，输出信号A和信号B，去控制多路开关的通断。
该单元可做成8、4、2、1四种通道接收方式，主要功能是选用新型优质放大器，低躁声、高保真放大，把超声波探头回波信号放大到一定水平，使其抗干扰性能大大增强。在工业现场进行100米以内宽带传输，应能保证整体设备性能指标。现以4通道为例，原理图如图3所示。
3、高速数据处理卡高速数据处理卡由两级可编程放大器单元、高速数据处理单元、计算机接口单元三部分连接组成，是以高速数据处理器为核心的数据处理卡。两级可编程放大器单元由第一级数字可编程放大器和第二级数字可编程放大器、检波二极管组成，高速数据处理单元是由模数转换器、先进先出缓冲器、高速数据处理器组成，计算机接口单元是由计算机接口和可编程门阵列组成。
高速数据处理卡主要功能是接收接收单元来的信号经两级可编程序放大器放大后，进行检波，模数转换、进入先进先出缓冲存储器，高速数字处理器读取这些数据，分离出有用信号，并通过可编程门阵列形成的信号，再通过ISA接口把数据传送给探伤计算机中，把综合数据传输到计算机总站，计算机总站进行综合数据处理如A扫描、B扫描、C扫描等项软件任务。高速数据处理单元流程图如图4所示。目前选用性能价格比较高的TMS320C5000系列芯片。
4、两层次的软件(即探伤计算机软件和计算机总站软件)它们是由VC++编制成软件，探伤计算机软件是指在嵌入式系统(或工控机)中的程序，它主要完成综合数据的采集、实时显示、实时网络发送数据。计算机总站软件是在计算机总站的计算机中的程序主要完成实时网络接收数据、处理综合数据、形成探伤报告。
本实用新型的优点是单元组合式多通道探伤仪采用单元化、模块化结构设计，不仅具有模拟超声探伤仪的基本功能，还具有数字化超声探伤仪的特性，能进行数据存储、计算，并实现了缺陷的自动判别，自动报警、自动存储和缺陷波形回放，简化了记录工作，实现了客观信息的存档备案，便于科学管理，提高了超声检测的客观性、准确性和可靠性。


图1是本实用新型的总体结构示意图。
图2是发送单元结构图。
图3是接收单元结构图。
图4是高速数据处理卡结构图。
图5是两级可编程放大单元原理图。
图6是高速数据处理单元原理图。
图7是计算机接口单元原理图。
具体实施方式
本实用新型单元组合式多通道超声波探伤仪是按如下方式实现的见图1，本装置由发送单元、接收单元、高速数据处理卡、探伤计算机、以太网、计算机总站、显示器以及探伤控制系统软件即探伤计算机软件和计算机总站软件组成，其中每个计算机总站可以通过双路以太网连接N个探伤计算机，在每个它探伤计算机可以插入三个高速数据处理卡，每个高速数据处理单元可以连接8、4、2、1个发送单元和接收单元，单元组合式多通道超声波探伤仪的探伤通道数最少是1通道，最多是N个。
单元组合式多通道超声波探伤仪能满足绝大多数用户要求。通道少的用户可仅使用没有以太网的单个探伤计算机的系统，速度快的用户，可减少发送单元和接收单元通道数，如果使用单探头探伤(即自发自收探头)，发送单元和接收单元可合为一体。该系统可满足120米/分探伤速度，探伤通道数可达8*N个通道。
图2是单元组合式多通道超声波探伤仪的发送单元，是由单稳触发器实现了脉冲整形，同时形成宽度可调的脉冲，经过驱动器对脉冲进行驱动，由可编程门阵列CPLD发出的二位编码使相应的多路开关打开，转到相应的驱动电路，形成宽度可调的超声波高电压脉冲信号，送到相应探头的发射端。
图3是单元组合式多通道超声波探伤仪的接收单元。当探头发射端接收到发射脉冲后，即对被探测物体发射很强的发射波，同时也产生很强的回波，接收单元就是完成回波接收、限幅、滤波后，由可编程门阵列发出的二位编码使相应的多路开关打开，把相应的驱动电路的回波通过多路开关，选用新型优质、低躁声、高保真放大器AD8021，把被探物体回波放大到一定水平。
图4是单元组合式多通道超声波探伤仪的高速数据处理卡的结构图。此卡由两级可编程放大器单元、高速数据处理单元、计算机接口单元三部分组成，是以高速数据处理器为核心的数据处理卡。
图5是两级可编程放大单元原理图。接收单元处理后的回波进入第一级数字可编程放大器，第一级数字可编程放大器是由DSP的数据线经过驱动器驱动后的三个输出端控制，依次可以控制不同的分贝数(db)，通过多路开关把不同衰减的回波送到低躁声放大器后，进入第二级数字可编程放大器。第二级数字可编程放大器是由增益可编程线性放大器AD8321，通过高速数据处理器的串行口控制，增益范围可在0-53db变化，信号经过增益放大后，再送到低躁声放大器再次放大，经二极管检波，放大器放大后的信号(ADOUT)，送到高速数据处理单元。
图6是高速数据处理单元原理图。此高速数据处理器采用的是5000系列的(TMS5409)芯片。经两级可编程放大单元放大的信号(ADOUT)，进入高速模数转换器AD9057的输入端(AIN)，把模拟信号转换为8位的数字信号，通过8位进16位出的高速先进先出缓冲器，把转换的数字信号送到高速数据处理器，高速数据处理器可达100MHz的速度，同时高速数据处理器的存储器为16K，还具有DMA功能，因此处理数据的速度是非常快的，高速数据处理器处理后的数据经过它本身的HPI口把数据快速的传到计算机接口单元。
高速数据处理单元的连接关系为高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线DSP[D15..D0]与先进先出缓冲器的输出数据线连接，先进先出缓冲器输入数据线与高速模数转换器AD9057的数据线FIFO[D7..D0]连接；高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线DSPD0、DSPD1、DSPD2连接到驱动器245，经驱动的DSP/D0、DSP/D1、DSP/D2连接到两级可编程放大单元的第一级可编程放大器；高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线串行口DATEN、SDATA、CLK连接到两级可编程放大单元的第二级可编程放大器；高速数据处理器(TMS5409)芯片的/IOSTRB、R/W连接到2/4译码器的输入端，2/4译码器的输出端连接到先进先出缓冲器的片选端。高速数据处理器(TMS5409)芯片的并行口HPI数据线连接到计算机接口单元的可编程门阵列的管脚上。
图7是计算机接口单元原理图。本设计采用ISA接口，通过可编程门阵列实现高速数据处理器和ISA接口的连接，由拨码开关选择与计算机其他板卡不冲突的地址，完成计算机与高速数据处理器的通讯，使探伤计算机很快接收到高速数据处理器内存里的数据。
计算机接口单元的连接关系为计算机ISA接口的数据线DB7..DB0、地址线A9..A0、控制信号AEN、NIOW、NIOR、/RESET都连接到可编程门阵列，拨码开关的N9..N3连接到可编程门阵列，同步信号SYNC0、SYNC1、SYNC2、SYNC3连接到发送单元和接收单元，可编程门阵列的其他管脚连接到高速数据处理器(TMS5409)芯片的并行口HPI数据线。
探伤控制系统软件设计包括探伤计算机软件和计算机总站软件。探伤计算机软件和计算机总站软件都采用VC++平台，其界面友好，操作简单，能实现对探伤回波的显示、数据管理、报表生成及打印功能。
探伤计算机软件是在嵌入式系统(或工控机)中的程序，主要完成实时数据的采集、实时显示、实时网络发送数据、实时改变采样参数和改变回波的衰减。计算机总站软件是在计算机总站的计算机中的程序，主要完成实时网络接收数据、处理综合数据、自动报警、波形回放和存档等功能。自动报警通过比较波高的幅值，当波高幅值超过一定高度时，自动报警功能就会自动发出报警信息；存档功能模块记录探伤参数和探伤结果，波形回放功能模块可以回放出伤波的图形、位置、时间。
权利要求1.单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于本装置由发送单元、接收单元、高速数据处理卡、探伤计算机、以太网、计算机总站、显示器以及探伤控制系统软件即探伤计算机软件和计算机总站软件组成，其中每个计算机总站可以通过以太网连接N个探伤计算机，在每个探伤计算机可以插入三个高速数据处理卡，每个高速数据处理卡可以连接8、4、2、1个发送单元和接收单元，单元组合式多通道超声波探伤仪的探伤通道数最少是1通道，最多是N个。
2.根据权利要求1所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于单探头探伤，发送单元和接收单元可合为一体。
3.根据权利要求1所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于发送单元线路是由单稳触发器、驱动器、多路开关、四个驱动电路依次连接组成，每个驱动电路的连接关系如下电阻(R50、R51、R52、R53)与两个并联的驱动器(U5A、U5B；U5C、U5D；U5E、U5F；U3B、U3C)连接，再连接上拉电阻(R54、R55、R56、R57)，然后再与场效应管(T10、T11、T12、T13)连接，再连接电阻(R58、R59、R60、R61)、电容(C6、C8、C10、C12)、电容(C7、C9、C11、C13)、电阻(R62、R63、R64、R65)和二极管(D31、D33、D35、D37)、(D30、D32、D34、D36)、电阻(R66、R67、R68、R69)。
4.根据权利要求1所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于接收单元线路是由四个驱动电路、多路开关、放大器依次连接组成。每个驱动电路是由电阻(R20、R21；R25、R22；R26、R23；R27、R24)连接二极管(D11、D13；D15、D17；D19、D21；D23、D25)和稳压管(D12、D14；D16、D18；D20、D22；D24、D26)，并连接三极管(Q1、Q2、Q3、Q4)，再与滤波电阻(R29、R30、R31、R32)和电容(C12、C13；C16、C17；C19、C20；C23、C24)连接，连接到多路开关的相应的管脚上，其中电源的+5V和-5V通过电感(L1、L2；L3、L4；L5、L6；L7、L8)连接到三极管(Q1、Q2、Q3、Q4)的集电极和发射极电阻(R29、R30、R31、R32)的另一端。
5.根据权利要求1所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于高速数据处理卡由两级可编程放大单元、高速数据处理单元、计算机接口单元三部分连接组成，是以高速数据处理器为核心的数据处理卡，两级可编程放大器单元由第一级数字可编程放大器和第二级数字可编程放大器、检波二极管组成，高速数据处理单元是由模数转换器、先进先出缓冲器、高速数据处理器组成，计算机接口单元是由计算机接口和可编程门阵列组成。
6.根据权利要求5所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于两级可编程放大单元的线路连接关系为第一级数字可编程放大器是由DSP的数据线经过驱动器驱动后的三个输出端控制，通过多路开关与低躁声放大器连接，然后与第二级数字可编程放大器的增益可编程线性放大器AD8321连接，通过高速数据处理器的串行口控制，再与低躁声放大器连接，最后再与检波二极管、放大器连接。
7.根据权利要求5所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于高速数据处理单元的连接关系为高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线(DSP[D15..D0])与先进先出缓冲器的输出数据线连接，先进先出缓冲器输入数据线与高速模数转换器(AD9057)的数据线(FIFO[D7..D0])连接；高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线(DSPD0、DSPD1、DSPD2)连接到驱动器，经驱动的数据线(DSP/D0、DSP/D1、DSP/D2)连接到两级可编程放大单元的第一级可编程放大器；高速数据处理器(TMS5409)芯片的数据线串行口(DATEN、SDATA、CLK)连接到两级可编程放大单元的第二级可编程放大器；高速数据处理器(TMS5409)芯片的/IOSTRB、R/W连接到2/4译码器的输入端，2/4译码器的输出端连接到先进先出缓冲器的片选端。高速数据处理器(TMS5409)芯片的并行口HPI数据线连接到计算机接口单元的可编程门阵列的管脚上。
8.根据权利要求5所述的单元组合式多通道超声波探伤仪，其特征在于计算机接口单元的连接关系为计算机ISA接口的数据线(DB7..DB0)、地址线(A9..A0)、控制信号(AEN、NIOW、NIOR、/RESET)都连接到可编程门阵列，拨码开关的(N9..N3)连接到可编程门阵列，同步信号(SYNC0、SYNC1、SYNC2、SYNC3)连接到发送单元和接收单元，可编程门阵列的其他管脚连接到高速数据处理器(TMS5409)芯片的并行口HPI数据线。
专利摘要本实用新型涉及无损检测探伤领域，单元组合式多通道超声波探伤仪由发送单元、接收单元、高速数据处理卡、探伤计算机、以太网、计算机总站、显示器以及探伤控制系统软件组成，其中每个计算机总站可以通过以太网连接N个探伤计算机，在每个探伤计算机可以插入三个高速数据处理卡，每个高速数据处理卡可以连接8、4、2、1个发送单元和接收单元，单元组合式多通道超声波探伤仪的探伤通道数最少是1通道，最多是N个。优点是采用单元化、模块化结构设计，能进行数据存储、计算，并实现了缺陷的自动判别，自动报警、自动存储和缺陷波形回放，提高了超声检测的客观性、准确性和可靠性。
文档编号G01N29/04GK2702310SQ20042003031
公开日2005年5月25日 申请日期2004年2月8日 优先权日2004年2月8日
发明者胡建华, 倪喃, 倪福清 申请人:胡建华, 倪喃, 倪福清