专利名称：用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到涡流无损检测设备领域，特指一种用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置。
背景技术：
涡流无损检测技术是以电磁感应原理(电涡流效应)为基础的无损检测技术，是五大常规无损检测方法之一。近年来，随着科学技术的发展，涡流检测技术在开发使用方面取得了突破性的进展。从硬件技术方面来看，大规模、超大规模集成电路的应用大大縮小了仪器的
体积和功耗；从软件技术方面看，计算机处理器的性能大幅度提高，以"软"代"硬"成为一种
趋势。目前涡流无损检测技术已经被广泛的应用于对不同材料和结构的检测，例如对飞机
结构的检测、压力容器的检测、焊接结构的检测等等。随着计算机技术和信息理论的飞速发展，涡流无损检测仪器的趋势已经朝着小型化、智能化、多功能化发展。常规涡流无损检测
方法包含单频、多频、脉冲、阵列、ACFM无损检测等。各种涡流无损检测手段的激励方式，传感器规格，判断方式等都有不同，并且各有优缺点，比如单频涡流无损检测针对表面细小裂纹缺陷(例如飞机蒙皮)就有良好的检测效果，然而由于集肤效应的影响针对深层缺陷的检测效果(例如飞机多层结构)就不好，而脉冲涡流无损检测则对多层结构中的深层腐蚀检测具有优势。目前，在实际的使用过程中，基本上一种仪器仅仅包含一种涡流无损检测手段，即使有部分产品包含两种检测手段，也是原有两种检测仪器的硬件部分的简单堆积，没有统一的硬件模块化结构，统一的数据通信接口，不方便数据的二次高层融合应用等。因此在很多原位场合，比如航空维修，常见的就是3、 4台仪器一起使用，增加了对操作人员的技术要求，并且由于反复混合使用多种不同的仪器，容易造成操作者失误，产生漏检情况，造成严重后果。此外，很多特定的被检测对象往往需要结合两种或者两种以上的涡流无损检测手段的检测信息进行二次处理才能提高检测精度，因此实际情况下就需要多步骤才能完成一次检验，存在检测时间长，效率低，精度不高，对操作人员技能要求高，并且由于没有统一的集成系统平台，不方便信息融合算法和软件的开发和完善。因此， 一套集成多种涡流无损检测手段的集成化、小型化、智能化的涡流无损检测仪器非常重要。目前，集成无损检测技术及其系统尚无明确的定义，同样一套能够满足集成以上5种涡流无损检测手段的集成化、模块化、智能化、小型化的检测仪器尚未见报导。
集成涡流无损检测系统中的信号调理部分需要对前面提到的五种涡流无损检测方法的传感器的检测信号进行信号调理。目前，不存在能够完成这样的功能的单一系统(板卡)。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构紧凑、适用范围广、功能集成度高、采用模块化设计、稳定可靠的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。
一种用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于它包括系统主板单元、四路数控交流电桥、四路数控前置信号调理单元、 一个模拟开关阵列单元以及四路X-R正交分解器，所述数控交流电桥用于对输入的涡流传感器信号进行调理，所述数控前置信号调理单元用于对由数控交流电桥输入的传感器信号进行数控幅度调节，所述X-R正交分解器用于将输入的传感器信号分别提取出阻抗和电阻两个分量并完成调理后输出，所述模拟开关阵列单元用于实现各信号的切换，所述系统主板单元通过I2C数据总线与其余各单元相连。
作为本实用新型的进一步改进
所述数控交流电桥包括数控交流电桥控制器、电桥平衡用精密电阻单元、数控可调电阻单元及电平转换单元，电平转换单元和数控可调电阻单元在数控交流电桥控制器的控制下调节电桥结构。
所述数控前置信号调理单元包括数控前置信号调理控制器、屯平转换器、数控增益运放单元以及比较器，所述数控增益运放单元在数控前置信号调理控制器的控制下对由数控交流电桥输入的传感器信号进行数控幅度调节，所述比较器与数控前置信号调理控制器相连并用于控制调理传感器信号幅度的上限值。
所述X-R正交分解器包括依次相连的四象限模拟乘法器、低通滤波器和增益放大器，所述四象限模拟乘法器用于完成传感器信号与正交参考信号的调制，所述低通滤波器用于提取四象限模拟乘法器输出的调制信号中的直流成分，所述增益放大器用于将低通滤波器输出的阻抗和电阻直流分量放大到预定范围。
与现有技术相比，本实用新型的优点就在于
1、 本实用新型用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，具有结构紧凑、适用范围广、
功能集成度高、采用模块化设计、稳定可靠等优点，单一PCI板卡即实现5种涡流无损检测方法的传感器信号的调理工作；
2、 本实用新型用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，采用硬件上模块化设计，不区分检测手段，通过软件可以实时的将系统配置成所需要的检测方法，并且可实时切换；
3、 本实用新型用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，采用双总线结构设计——PCI全局总线和I2C本地总线；4、本实用新型用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，由于采用模块化设计使得系 统具有通用性、可互换性、可复用性和模块组合的优点。

图1是本实用新型的结构示意图2是本实用新型中数控交流电桥的框架结构示意图3是本实用新型中数控交流电桥的原理示意图4是本实用新型中数控前置信号调理单元的框架结构示意图5是本实用新型中X-R正交分解器的框架结构示意图6是具体实施例中数控交流电桥的电路原理示意图7是具体实施例中数控前置信号调理单元的电路原理示意图8是具体实施例中X-R正交分解器的电路原理示意图9是具体实施例中模拟开关阵列单元的电路原理示意图IO是具体实施例中系统主板单元的电路原理示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，它包括系统主板
单元l、四路数控交流电桥2、四路数控前置信号调理单元3、 一个模拟丌关阵列单元4以及 四路X-R正交分解器5，数控交流电桥2用于对输入的涡流传感器信号进行调理，数控前置 信号调理单元3用于对由数控交流电桥2输入的传感器信号进行数控幅度调节，X-R正交分 解器5用于将输入的传感器信号分别提取出阻抗和电阻两个分量并完成调理后输出，模拟开 关阵列单元4用于实现各信号的切换，系统主板单元1通过I2C数据总线与其余各单元相连。 本系统采用双总线结构，即外部PCI数据总线和局部I2C总线结构。由于采用双总线结构， PCI总线方便系统与其它PCI总线设备互联构成高级集成系统，局部I2C总线使得系统内部 实现模块的可扩展性。本装置只适用了4路传感器信号的调理，可实现实时涡流阵列传感器 (4个传感器)、ACFM涡流、脉冲、多频(最多四频)以及单频涡流传感器的信号调理工作。 如图2所示，数控交流电桥2包括数控交流电桥控制器201、电桥平衡用精密电阻单元 202、数控可调电阻单元203及电平转换单元204，电平转换单元204和数控可调电阻单元203 在数控交流电桥控制器201的控制下调节电桥结构。参见图3，为数控交流电桥2的原理图， 数控交流电桥2是实现对涡流传感器信号调理的结构，图中包括涡流传感器的线圈和参考线 圈，Rl、 R3为电桥平衡用精密电阻202， R2、 R4为数控可调电阻单元203。通过调节R2、 114使得交流电桥趋于平衡--…Uo的信号峰-峰值最小。参见图6，为具体实施例中数控交流电桥2的电路图。U4为数控交流电桥控制器201， U5、 U6、 U7为3.3V转5V电平转换单元 204的电平转换芯片，Ul、 U2、 U3为继电器驱动芯片并组成数控可调电阻单元203。图中 Rdown、 Rup分别对应图3中的R3、 Rl。继电器kl到k10及对应的电阻构成数控可调电阻 单元203 (R2)，继电器kll到k20及对应的电阻构成数控可调电阻单元203 (R4)。数控交 流电桥控制器201通过I2C总线接受控制命令，然后通过电平转换芯片及继电器驱动芯片控 制相应的继电器完成对应的数控电阻工作，调解电桥结构。
如图4所示，数控前置信号调理单元3包括数控前置信号调理控制器301、电平转换器 302、数控增益运放单元303以及比较器304，数控增益运放单元303在数控前置信号调理控 制器301的控制下对由数控交流电桥2输入的传感器信号进行数控幅度调节，比较器304与 数控前置信号调理控制器301相连并用于控制调理传感器信号幅度的上限值。参见图7,为 具体实施例中数控前置信号调理单元3的电路原理示意图。Ul为数控前置信号调理控制器 301， U2为3.3V到5V的电平转换器302,数控增益运放单元303由U3数控增益运放联合 U4数控增益运放构成，U5为比较器304，用于控制调理传感器信号的幅度的上限值，当调 节的传感器信号超限时，U5给出脉冲通知数控前置信号调理控制器301。
如图5所示，X-R正交分解器5包括依次相连的四象限模拟乘法器501、低通滤波器502 和增益放大器503，四象限模拟乘法器501用于完成传感器信号与正交参考信号的调制，低 通滤波器502用于提取四象限模拟乘法器501输出的调制信号中的直流成分，增益放大器503 用于将低通滤波器502输出的阻抗和电阻直流分量放大到预定范围。参见图8，为具体实施 例中X-R正交分解器的电路原理示意图，实现将输入的传感器信号分别提取出X (阻抗)和 R (电阻)两个分量。Ul和U4为四象限模拟乘法器501，完成传感器信号与正交参考信号的 调制。U2和U5为低通滤波器502，用于提取调制信号的直流成分。U3和U6是增益放大器 503，用于将U2和U5输出的X和R直流分量放大到预定范围(根据AD采样板卡确定)。
如图9所示，为具体实施例中模拟开关阵列单元4的电路原理示意图，其中Ul、 U2、 U4、 U7、 U8为多选一模拟开关，U5为核心控制器。U3、 U6、 U9、 U10为3.3V到5V的电 平转换芯片。核心控制器U5通过U3、 U6、 U9、 U10连接到模拟开关U1、 U2、 U4、 U7、 U8，控制其实现信号的切换。
如图IO所示，为具体实施例中系统主板单元1的电路原理示意图。Ul为PCI电器接口， U2为PCI接口芯片CH365，实现PCI接口向I2C接口的转换。U3为核心控制器SOC型单片 机C8051F340，它通过5脚和6脚构成的I2C总线与外部总线相连完成数据的交互。J13 J19 为四路数控交流电桥2的接口 。J14 J20对应的是四路数控前置信号调理单元3的接口 。J22 J25为4路X-R正交分解器5的接口 。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实 施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于它包括系统主板单元(1)、四路数控交流电桥(2)、四路数控前置信号调理单元(3)、一个模拟开关阵列单元(4)以及四路X-R正交分解器(5)，所述数控交流电桥(2)用于对输入的涡流传感器信号进行调理，所述数控前置信号调理单元(3)用于对由数控交流电桥(2)输入的传感器信号进行数控幅度调节，所述X-R正交分解器(5)用于将输入的传感器信号分别提取出阻抗和电阻两个分量并完成调理后输出，所述模拟开关阵列单元(4)用于实现各信号的切换，所述系统主板单元(1)通过I2C数据总线与其余各单元相连。
2、 根据权利要求1所述的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于所 述数控交流电桥(2)包括数控交流电桥控制器(201)、电桥平衡用精密电阻单元(202)、数 控可调电阻单元(203)及电平转换单元(204)，电平转换单元(204)和数控可调电阻单元(203)在数控交流电桥控制器(201)的控制下调节电桥结构。
3、 根据权利要求1或2所述的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于 所述数控前置信号调理单元(3)包括数控前置信号调理控制器(301)、电平转换器(302)、 数控增益运放单元(303)以及比较器(304)，所述数控增益运放单元(303)在数控前置信 号调理控制器(301)的控制下对由数控交流电桥(2)输入的传感器信号进行数控幅度调节， 所述比较器(304)与数控前置信号调理控制器(301)相连并用于控制调理传感器信号幅度 的上限值。
4、 根据权利要求1或2所述的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于 所述X-R正交分解器(5)包括依次相连的四象限模拟乘法器(501)、低通滤波器(502)和 增益放大器(503)，所述四象限模拟乘法器(501)用于完成传感器信号与正交参考信号的调 制，所述低通滤波器(502)用于提取四象限模拟乘法器(501)输出的调制信号中的直流成 分，所述增益放大器(503)用于将低通滤波器(502)输出的阻抗和电阻直流分量放大到预 定范围。
5、 根据权利要求3所述的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，其特征在于所 述X-R正交分解器(5)包括依次相连的四象限模拟乘法器(501)、低通滤波器(502)和增 益放大器(503)，所述四象限模拟乘法器(501)用于完成传感器信号与正交参考信号的调制， 所述低通滤波器(502)用于提取四象限模拟乘法器(501)输出的调制信号中的直流成分， 所述增益放大器(503)用于将低通滤波器(502)输出的阻抗和电阻直流分量放大至l抒页定范 围。
专利摘要一种用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置，它包括系统主板单元、四路数控交流电桥、四路数控前置信号调理单元、一个模拟开关阵列单元以及四路X-R正交分解器，所述数控交流电桥用于对输入的涡流传感器信号进行调理，所述数控前置信号调理单元用于对由数控交流电桥输入的传感器信号进行数控幅度调节，所述X-R正交分解器用于将输入的传感器信号分别提取出阻抗和电阻两个分量并完成调理后输出，所述模拟开关阵列单元用于实现各信号的切换，所述系统主板单元通过I2C数据总线与其余各单元相连。本实用新型是一种结构紧凑适用范围广、功能集成度高、采用模块化设计、稳定可靠的用于集成涡流无损检测系统的信号调理装置。
文档编号G01N27/90GK201434858SQ20092006508
公开日2010年3月31日 申请日期2009年7月8日 优先权日2009年7月8日
发明者潘孟春, 罗飞路, 胡祥超 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学