一种超声探伤装置及方法与流程

本发明属于超声导波检测技术领域，涉及一种超声探伤装置及方法。

背景技术

超声探伤技术是现阶段应用最广泛的无损检测技术。相比于伽马射线、x射线探伤，它具有对人体无害的特性。相比于视觉检测、磁粉检测和渗透检测，它具有能检测物体内部缺陷的特性，并能对所探伤缺陷进行分类和定位。由于超声探伤具有这些优势，它被广泛地应用于国民经济的各种领域如铁路交通、石油化工、机械制造、航空航天等。

目前我国关于超声探头和超声探伤仪的技术都比较成熟，但是大多作为独立使用的仪器而存在，封装过深，上下位机普遍一体化，不能二次开发。且仪器都是单独使用，不能多个设备同时在线探伤。此外，现阶段的超声检测仪器的数据采集一般由fpga控制完成，成本比较高，且结构复杂，体积较大。

近年来，针对超声探伤装置的研究，我国已经取得了一定的研究成果。但总体来说，其实现的复杂度和成本都比较高。且缺乏能大规模扩展及分布式检测的能力。

技术实现要素：

针对以上提出的技术问题，本发明专利所要解决的技术问题在于：提供了一种结构简单，扩展性好，且具有多设备分布式检测的超声探伤装置。本发明采用的方法效果良好，结构简单，无需fpga控制。其扩展性和可移植性都优于现有产品，且可以大规模分布式应用。有效地解决了现阶段超声探伤设备封装过深、结构复杂、开发难度大、不能大规模分布式使用等方面的不足。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种超声探伤装置，其特征在于，包括：进行探伤的下位机和进行控制和显示的上位机；上位机通过可选通信接口与下位机进行数据和命令的传输，所述上位机包括

节点控制模块：用于显示所有下位机的id编号，操作人员通过此面板对下位机进行进一步操作控制；

采样参数设置模块：根据探伤对象以及环境设置不同的采样速率，采样长度等参数，以匹配下位机采集和传输数据的能力；

数据显示/记录模块：根据下位机传输过来的数据进行分析和处理并显示及数据保存；操作人员可以直观得到所探伤物体的缺陷情况；

所述下位机包括

主控芯片：用于整个装置的控制，包括控制超声激发模块、控制信号调理放大模块、信号采集模块、信号缓存模块和通信模块；

供电模块：用于整个装置的供电，为整个装置提供能量；

高压激励模块：用于产生200-700v的电压；

超声探头：用于和所需检测的材料表面接触，并产生超声；

超声激发控制模块：用于控制高压模块的通断，通过控制该模块产生高压脉冲作用于超声探头；

超声信号调理放大模块：用于探伤信号的调理和放大，信号通过该模块后方能达到采集要求，被信号采集模块采集；

信号采集模块：用于采集超声及回波信号；

信号缓存模块：用于将告诉采集的信号暂存于缓存模块中，待一次采集完成后传输到主控芯片；

通信模块：用于下位机和电脑、手机或者嵌入式设备进行数据和指令的传输；

主控芯片、超声激发控制模块、高压激励模块、超声探头依次连接；超声探头、超声信号调理放大模块、信号采集模块、信号缓存模块、主控芯片依次相连；主控芯片与信号采集模块、通信模块分别相连。

在上述的一种超声探伤装置，所述通信模块包括：蓝牙通信、wifi通信、串口通信和can通信中的一种或多种。

在上述的一种超声探伤装置，所述上位机是带所述通信接口中一种或多种的手机、windows或linux系统电脑、嵌入式主机。

在上述的一种超声探伤装置，所述超声信号调理放大模块包括信号前处理、一级放大、二级放大和后处理部分，其中，根据权利要求10所述的一种超声探伤装置，其特征在于：信号前处理核心为带宽超过30mhz的超低噪声运算放大器、信号一级放大芯片为增益可调放大器；信号二级放大芯片为增益可调放大器；信号后处理芯片为带宽超过30mhz的超低噪声运算放大器；前处理、一级放大、二级放大都包含信号放大和高通滤波部分，后处理包含信号放大和带通滤波两部分。

一种超声探伤方法，其特征在于，包括：

步骤1，将超声探伤探头与检测材料紧密贴合，供电模块开启，主控芯片控制装置完成初始化；

步骤2，主控模块控制超声激发控制模块导通，高压激励模块的瞬时负高压脉冲作用于超声探头，随机探头激发出超声波；

步骤3，超声波在检测材料中传播，当遇到借有缺陷时会发生反射，反射回波重新回到超声探头产生微小电压，微小电压被送入信号前处理模块；

步骤4，信号经过信号前处理模块进行滤波和小幅度放大后进入信号一级放大模块、信号二级放大模块进一步放大，然后经过信号后处理模块进一步滤波和电压转换；

步骤5，信号采集模块将信号后处理模块出来的信号采集，并送入信号缓存模块；

步骤6，一次采集完成后，将全部缓存在信号缓存模块中的数据送入主控芯片；

步骤7，主控芯片将数据通过通信模块将数据发送到上位机，进行分析、处理和显示；

重复步骤2至步骤8，可以完成一次采集分析和处理，得到检测材料是否有缺陷及其位置差：

其中，v是超声波在材料中的传输速度，δt是回波时间与发波时间只差；s即缺陷与探头之间的距离位置差；若经过处理后无回波，则表示所检测材料没有缺陷。

因此，本发明具有如下优点：1、控制简单灵活，下位机核心只需一片主控芯片，无需另加fpga控制。2、可扩展性强，适用于多种检测场合,具有蓝牙、wifi、串口和can多种通信接口。3、可进行多个下位机组网，一个上位机可以单独控制多个下位机。

附图说明

图1是本发明的整体架构图。

图2是本发明的装置模块功能图。

图3是本发明的上位机操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明提供的超声探伤装置进行详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例：

本发明所述装置的整体架构图如图1所示。在通信网络中可以存在一个或多个进行超声探伤的下位机，上位机可以是电脑设备、手机设备或其他嵌入式设备。下位机和上位机可以通过wifi、蓝牙、can或者串口中的一种或者多种通信接口连接，以进行控制命令、信号数据的传输和交互。

本发明所述的装置功能模块图如图2所示。上位机包括节点控制面板，采样参数设置面板和数据分析显示面板三部分。操作人员可以根据相应的节点id编号选择一个或者多个节点，选择好节点之后可以进行采样参数的设置和控制，并可以对节点传输过来的数据进行分析、处理和显示等；

下位机通过主控芯片stm32的io接口连接光耦tlp2345并控制功率mos管irf840s的导通和关断，构成所述的超声激发控制模块。grb12500d升压电源及其周围元器件一起构成所述的高压激励模块，超声激发控制模块连接高压激励模块作用于超声探头上产生超声信号。超声信号作用于探伤物体会产生回波信号一起进入信号前处理模块。信号前处理模块采用max4104进行高通滤波和前级放大。放大后的信号进入信号一级放大器，一级放大器的核心芯片采用ad603，通过主控芯片的dac功能可以调节一级放大增益。经过一级放大模块后信号进入二级放大模块，二级放大模块的核心芯片采用ad603，通过主控芯片的dac功能可以调节二级放大增益。经过二级放大模块的信号进入信号后处理模块。信号后处理模块的核心芯片采用max4106，选择滤波中心频率为超声探头频率2.5mhz进行带通滤波。经过后处理的信号进入信号采集模块，此处信号采集adc采用ad9283，并通过与主控芯片相连以控制其采样长度和频率。信号采集模块连接信号缓存模块将采集到的信号同步存入fifo芯片idt7205。主控芯片与idt7205相连以进行数据传输的控制。

主控芯片通过蓝牙通信模块、wifi通信模块、串口通信模块或can通信模块中的一个或者多个与上位机进行数据和命令的传输。

本发明所述装置的上位机操作流程图如图3所示。上位机启动之后读取并设置本机的参数，然后自动搜索通信网络中存在的上位机。如果所述通信网络中存在下位机节点，上位机将可以得到与通信方式无关的下位机节点编号。得到节点编号则表示下位机连接成功。如果未搜索到下位机节点，则可自动或者手动重新搜索下位机，这根据本机设定的参数来决定。下位机连接成功后获取下位机的状态，获取到状态后可以进行下位机参数的设置或者采样。进行参数设置后会立即读取参数以确定参数是否设置成功，如果设置成功则进行下一步操作，如果设置失败则进行参数的重新设置。

上位机发出数据采集指令之后相应的下位机节点将开始一次超声探伤，探伤数据采集完成之后将会通过所述的通信方式传输到上位机。上位机接收到数据之后开始对数据进行分析和处理，并进行数据的显示以及数据的存储。通过这些步骤可以得到探伤结果并可以从上位机中直观地反应出来。操作人员可以根据探伤结果进行相应的处理。

本文所描述的具体实例仅仅是对本发明精神的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。