主/辅通道超声波检测系统及电子设备的制作方法

本发明属于核电站在役检查技术领域，涉及一种检测系统，特别是涉及一种主/辅通道超声波检测系统及电子设备。

背景技术：

核电站每隔1年或1年半要进行换料并进行检维修，特别是关键设备具有严格的检查规范和程序。例如一回路的压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主管道等。这些设备的焊缝一般采用超声波检测技术进行检测，往往采用多个折射角探头，每个角度探头布置四个方向对焊缝进行全体积检测，因此一次扫查需要8-16个超声探头，需要多通道超声波探伤仪。

在传统的多通道超声波检测仪器中往往是多个探头、对应多个收发电路、多个放大器、多个带通滤波器，公用一个模数转换器(多通道循环利用)。不具备辅助通道功能，即不具有一个探头信号输出多个幅度不同的信号。

核电站关键设备往往带有辐射，长时间工作会对人体造成伤害，而且检测设备比较庞大，如压力容器检测采用远程控制机器手。另外核电站检维修的时间窗口很有限，需要在有限的时间内完成检维修工作。在超声波检测过程中，按着程序要求设置的增益，有时因为缺陷比较大，往往会造成检测信号过载，不能正确对缺陷进行定性和定量，这时必须降低增益重新采集。为了避免因信号过载而重新数据采集现象的发生，需要对同一个探头的信号设置几个不同的增益，得到增益不同的信号，即设置辅助通道(也称为软通道)，即使某个通道信号过载，还有其他增益低的信号不过载通道可利用对信号进行分析。

因此，如何提供一种主/辅通道超声波检测系统及电子设备，以解决现有技术中因信号过载而重新数据采集现象的发生等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种主/辅通道超声波检测系统及电子设备，用于解决现有技术中因信号过载而重新数据采集现象的发生的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种主/辅通道超声波检测系统，所述主/辅通道超声波检测系统包括：n个超声波探头，与n个超声波探头对应的n路选择开关；n为大于1正整数；与所述多路选择开关连接的超声波发射模块，用于发射超声波数据；分别与所述多路选择开关和超声波发射模块连接的超声波接收模块，用于接收通过一路选择开关和一个超声波探头反馈的超声波数据；其中，在所述超声波接收模块采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头未设置辅助通道，则令第i路选择开关断开，第i+1路选择开关接通；当下一同步脉冲发射后，对第i+1个探头的超声波数据进行采集；i为大于等于1，小于n的正整数；在所述超声波接收模块采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头设置辅助通道，则令所述第i路选择开关保持接通状态，第i+1路选择开关保持断开状态，当下一同步脉冲发射后，对针对第i个探头设置的辅助通道进行超声波数据采集；针对第i个探头设置辅助通道指针对第i个探头设置不同增益，并通过主通道输出增益不同的超声波数据。

于本发明的一实施例中，所述超声波发射模块包括：同步脉冲发射单元，驱动单元、开关单元及充放电单元；所述同步脉冲发射单元用于根据采样频率发射所述同步脉冲；与所述同步脉冲发射单元电性连接的驱动单元用于在接收到所述同步脉冲时，驱动所述同步脉冲，使所述同步脉冲上升；与所述驱动单元电性连接的开关单元用于在所述驱动单元驱动所述同步脉冲上升时，处于导通状态；或在所述同步脉冲通过后，处于截止状态；与所述开关单元电性连接的充放电单元用于待所述开关单元导通后，进入放电状态，并将所产生的反向尖脉冲施加于第i个探头上，通过第i个探头发射超声波数据至所述超声波接收模块；或在所述开关单元截止后，进入充电状态。

于本发明的一实施例中，所述开关单元采用包括阳极，阴极，控制极的可控硅管；所述充放电单元包括充电电容，第一二极管，第二二极管，第一电阻；其中，所述充电电容的一端与开关单元的阳极连接，充电电容的另一端与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，第二二极管的阳极与充电电容的另一端连接，第二二极管的阴极接地，开关单元的阴极接地。

于本发明的一实施例中，所述超声波发射模块还包括与所述开关单元及充放电单元电性连接的高压单元，及与高压单元电性连接的第一数字电位单元；其中，在采集超声波数据前，通过所述第一数字电位单元对所述高压单元的电压进行设置；或在每采集一幅超声波数据之后，通过所述第一数字电位单元对所述高压单元的电压进行设置。

于本发明的一实施例中，当同步脉冲发送出，同步脉冲上升，使所述可控硅管导通，充电电容通过第一电阻放电；当所述同步脉冲通过所述可控硅管后，所述可控硅管截止，所述高压单元对所述充电电容充电。

于本发明的一实施例中，所述超声波接收模块包括信号接收单元、信号放大单元、滤波单元、模数转换单元、数据缓冲单元及数据处理单元；其中，所述信号接收单元用于接收所述超声波发射单元所发射的超声波数据，并对所述超声波数据进行限幅；与所述信号接收单元电性连接的所述信号放大单元用于对所述超声波数据进行放大；与所述信号放大单元电性连接的滤波单元用于对放大后的超声波数据进行滤波；与所述滤波单元电性连接的模数转换单元用于将滤波后的超声波数据进行数据化；与所述模数转换单元电性连接的数据缓冲单元用于对数据化后的超声波数据进行多幅数据叠加去噪及数据取最大处理；与所述数据缓冲单元电性连接的数据处理单元用于对通过所述数据缓存单元处理过的数据进行小波变换和傅里叶变换处理。

于本发明的一实施例中，所述信号接收单元包括第一电容、第二电阻、第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六二极管；其中，第一电容的一端与所述多路选择开关连接，第一电容的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第三二极管的阳极连接，第三二极管的阴极与第四二极管的阴极连接，第四二极管的阳极与第六二极管的阴极连接，第六二极管的阳极与第五二极管的阳极连接，第五二极管的阴极与第三二极管的阳极连接；所述信号放大单元采用宽频带放大器，所述滤波单元采用带通滤波器；所述宽频带放大器包括第一端口，第二端口，第三端口，第四端口；其中，所述第一端口与第二电阻的另一端连接，所述第二端口与所述带通滤波器的输入端连接。

于本发明的一实施例中，所述超声波接收模块还包括与所述宽频带放大器的第三端口连接的第二数字电位单元；其中，在采集超声波数据前，通过所述第二数字电位单元对所述信号放大单元的放大增益进行设置；或在每采集一幅超声波数据之后，通过所述第二数字电位单元对所述信号放大单元的放大增益进行设置。

本发明另一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括所述的主/辅通道超声波检测系统。

如上所述，本发明的主/辅通道超声波检测系统及电子设备，具有以下有益效果：

第一，通过多个主通道(实通道)分时复用一个发射电路、一个放大器、一个带通滤波器和一个a\d转换器，实现超声检测系统小型化和轻量化。

第二，实现每个主通道(探头或硬通道)可以产生多个不同增益的辅助通道(即软通道)，避免了由于缺陷信号过载而重复检测的问题。

附图说明

图1a显示为本发明的主/辅通道超声波检测系统于一实施例中的原理结构示意图。

图1b显示为本发明主/辅通道超声波检测系统的一实施电路图。

图2显示为本发明的电子设备的原理结构示意图。

元件标号说明

1主/辅通道超声波检测系统

11n个超声波探头

12n路选择开关

13超声波发射模块

14超声波接收模块

131同步脉冲发射单元

132驱动单元

133开关单元

134充放电单元

135高压单元

136第一数字电位单元

141信号接收单元

142信号放大单元

143滤波单元

144模数转换单元

145数据缓冲单元

146数据处理单元

147第二数字电位单元

2电子设备

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种主/辅通道超声波检测系统，所述主/辅通道超声波检测系统包括：

n个超声波探头，与n个超声波探头对应的n路选择开关；n为大于1正整数；

与所述多路选择开关连接的超声波发射模块，用于发射超声波数据；

分别与所述多路选择开关和超声波发射模块连接的超声波接收模块，用于接收通过一路选择开关和一个超声波探头反馈的超声波数据；

其中，在所述超声波接收模块采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头未设置辅助通道，则令第i路选择开关断开，第i+1路选择开关接通；当下一同步脉冲发射后，对第i+1个探头的超声波数据进行采集；i为大于等于1，小于n的正整数；

在所述超声波接收模块采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头设置辅助通道，则令所述第i路选择开关保持接通状态，第i+1路选择开关保持断开状态，当下一同步脉冲发射后，对针对第i个探头设置的辅助通道进行超声波数据采集；

所述针对第i个探头设置辅助通道指针对第i个探头设置不同增益，并通过主通道输出增益不同的超声波数据。

以下将结合本实施例所提供的主/辅通道超声波检测系统进行详细描述。请参阅图1a和图1b，显示为主/辅通道超声波检测系统于一实施例中的原理结构示意图和主/辅通道超声波检测系统的一实施电路图。如图1a所示，所述主/辅通道超声波检测系统1包括：

n个超声波探头11，与n个超声波探头11对应的n路选择开关12；n为大于1正整数。参阅图1b，n取16，即在本实施例中，所述主/辅通道超声波检测系统可实现16个主通道。

与所述n路选择开关12连接的超声波发射模块13用于发射超声波数据。在本实施例中，所述超声波发射模块13包括同步脉冲发射单元131，驱动单元132、开关单元133，充放电单元134，高压单元135及第一数字电位单元136。在本实施例中，所述超声波发射模块13可以实现多个主通道(硬通道)分时复用发射超声波数据。

所述同步脉冲发射单元131用于根据采样频率发射所述同步脉冲。在本实施例中，所述同步脉冲为矩形脉冲。

与所述同步脉冲发射单元131电性连接的驱动单元132(于本实施例中，驱动单元132采用型号为mc34152的驱动器)用于在接收到所述同步脉冲时，驱动所述同步脉冲，使所述同步脉冲上升。

与所述驱动单元132电性连接的开关单元133用于在所述驱动单元驱动所述同步脉冲上升时，处于导通状态；或在所述同步脉冲通过后，处于截止状态。在本实施例中，所述开关单元133采用包括阳极，阴极，控制极的可控硅管t1(于本实施例中，可控硅管t1采用型号为irf840的可控硅管)。

与所述开关单元133电性连接的充放电单元134用于待所述开关单元133导通后，进入放电状态，并将所产生的反向尖脉冲施加于第i个探头上，通过第i个探头发射超声波数据至所述超声波接收模块14；或在所述开关单元133截止后，进入充电状态。在本实施例中，所述充放电单元134包括充电电容ch，第一二极管d1，第二二极管d2，第一电阻r1。参阅图1b，所述充电电容的一端与开关单元的阳极连接，充电电容的另一端与第一二极管的阴极连接，第一二极管的阳极与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，第二二极管的阳极与充电电容的另一端连接，第二二极管的阴极接地，开关单元的阴极接地。

与所述开关单元133及充放电单元134电性连接的高压单元135，及与高压单元135电性连接的第一数字电位单元136(于本实施例中，第一数字电位单元136采用x9312型的数字电位器)；其中，在采集超声波数据前，通过所述第一数字电位单元对所述高压单元的电压进行设置；或在每采集一幅超声波数据之后，通过所述第一数字电位单元对所述高压单元的电压进行设置。在本实施例中，所述高压单元135通过电阻rh与所述开关单元133及充放电单元134连接。

具体参阅图1b，当同步脉冲发送出，同步脉冲上升，使所述可控硅管t1导通，充电电容ch通过第一电阻r1放电，将通过rc微分电路产生的反向尖脉冲施加到探头晶片上，探头晶片发射出超声波数据。

当所述同步脉冲通过所述可控硅管t1后，所述可控硅管t1截止，所述高压单元135对所述充电电容ch充电。

所述超声波接收模块14包括信号接收单元141、信号放大单元142、滤波单元143、模数转换单元144、数据缓冲单元145、数据处理单元146及第二数字电位单元147；

所述信号接收单元141用于接收通过一路选择开关和一个超声波探头反馈的超声波数据，并对所述超声波数据进行限幅。继续参阅图1b，所述信号接收单元141包括第一电容c1、第二电阻r2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第六二极管d6；其中，第一电容c1的一端与所述多路选择开关11连接，第一电容c1的另一端与第二电阻r2的一端连接，第二电阻r2的另一端与第三二极管d3的阳极连接，第三二极管d3的阴极与第四二极管d4的阴极连接，第四二极管d4的阳极与第六二极管d6的阴极连接，第六二极管d6的阳极与第五二极管d5的阳极连接，第五二极管d5的阴极与第三二极管d3的阳极连接。

与所述信号接收单元141电性连接的所述信号放大单元142用于对所述超声波数据进行放大。继续参阅图1b，所述信号放大单元采用宽频带放大器，所述滤波单元采用带通滤波器；所述宽频带放大器包括第一端口1，第二端口2，第三端口3，第四端口4；其中，所述第一端口1与第二电阻r2的另一端连接。

与所述信号放大单元142电性连接的滤波单元143用于对放大后的超声波数据进行滤波。在本实施例中，所述滤波单元143采用带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述宽频带放大器的第二端口2连接。

与所述滤波单元143电性连接的模数转换单元144用于将滤波后的超声波数据进行数字化。

与所述模数转换单元144电性连接的数据缓冲单元145用于对数据化后的超声波数据进行多幅数据叠加去噪及数据取最大处理。在本实施例中，所述数据缓冲单元145采用fpga。在本实施例中，fpga通过spi接口对高压值设置、放大器增益设置、对ad变换器采样率和分辨率的设置和对带通滤波器参数的设置。

与所述数据缓冲单元145电性连接的数据处理单元146用于对通过所述数据缓存单元处理过的数据进行小波变换和傅里叶变换处理。在本实施例中，所述数据处理单元146采用dsp。在本实施例中，fpga通过emif接口与dsp连接。

与所述宽频带放大器的第三端口连接的第二数字电位单元147，其中，在采集超声波数据前，通过所述第二数字电位单元对所述信号放大单元的放大增益进行设置；或在每采集一幅超声波数据之后，通过所述第二数字电位单元对所述信号放大单元的放大增益进行设置。

在所述超声波接收模块14采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头未设置辅助通道，则令第i路选择开关断开，第i+1路选择开关接通；当下一同步脉冲发射后，对第i+1个探头的超声波数据进行采集；i为大于等于1，小于n的正整数。

在所述超声波接收模块14采集完针对第i个探头的当前超声波数据后，若针对第i个探头设置辅助通道，则令所述第i路选择开关保持接通状态，第i+1路选择开关保持断开状态，当下一同步脉冲发射后，对针对第i个探头设置的辅助通道进行超声波数据采集。

在本实施例中，针对第i个探头设置辅助通道指针对第i个探头设置不同增益，并通过主通道输出增益不同的超声波数据。

例如，当所述超声波接收模块14采集完第1个探头的第一幅超声波数据后，如果针对第1个探头未设置辅助通道，多路选择开关中的第一路选择开关断开，第二路选择通道开关接通，同时设置高压值、放大器增益、带通滤波参数等。当第二个同步脉冲到达，电容ch放电，负尖脉冲加到第二个探头晶片上，所述超声波接收模块14开始对第二个探头进行超声波数据采集；第一路选择开关，第二路选择通道开关断开，第三路选择通道开关接通，第三个同步脉冲到达，电容ch放电，负尖脉冲加到第三个探头晶片上，所述超声波接收模块14开始对第三个探头进行超声波数据采集；同理采集第四个探头晶片至第十六探头晶片上的超声波数据。

当所述超声波接收模块14采集完第1个探头的第一幅超声波数据后，如果针对第1个探头设置辅助通道，所述第一路选择开关保持接通状态，第二路选择开关保持断开状态，该所述第一路选择开关保持接通，高压值、带通滤波参数等不变，设置放大器增益。当第二个同步脉冲到达，电容ch放电，由于第二路选择开关断开，负尖脉冲再次加到第一个探头晶片上，所述超声波接收模块14对辅助通道(软通道)进行数据采集。因此，针对第1个探头设置的其他辅助通道处理方式相同。

本实施例还提供一种电子设备2，请参阅图2，显示为电子设备的原理结构示意图。如图2所示，所述电子设备2包括上述主/辅通道超声波检测系统1。

综上所述，本发明所述主/辅通道超声波检测系统及电子设备具有以下有效效果：

第一，通过多个主通道(实通道)分时复用一个发射电路、一个放大器、一个带通滤波器和一个a\d转换器，实现超声检测系统小型化和轻量化。

第二，实现每个主通道(探头或硬通道)可以产生多个不同增益的辅助通道(即软通道)，避免了由于缺陷信号过载而重复检测的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。