专利名称：超声探伤仪的a/d转换接口装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是用于单／多通道超声波探伤仪的A／D转换控制接口装置，适用于用A型超声波检测方式对被测材料内部缺陷进行无损检测的领域。超声波探伤仪在使用中，以回波信号为基础的各种参量和缺陷实际尺寸的计算比较复杂，给检测带来一定的误差，并且无法实现自动记录以便进一步分析和探测结果的长期保存。
美国专利4，470，304使用了高速超声数字缓冲器／控制器，以硬件形式进行高速实时的在线裂纹和其它缺陷的数字信号处理，其系统庞大，成本高。而英国专利GB2140561则是使用了高速实时A／D转换器和以硬件实现的16位乘法器，这样也使得仪器成本过高。而本实用新型采用同步控制由硬件完成，A／D转换结束后由A／D转换器数据有效信号向CPU申请中断，进行数据交换，使得CPU与接口装置并行运行，加快了处理时间。它既不需要高速超声数字缓冲器／控制器，也无需高速A／D转换器和乘法器，同样可以完成电脑检测的功能。
图1是超声波探伤系统的结构原理图。如图所示，该超声波探伤系统是由晶体振荡器〔1〕，分频器〔2〕、延时调整电路〔3〕、多路选择器〔4〕、计数器与A／D转换控制器〔5〕、A／D转换器〔6〕、电脑和通讯、控制接口部分〔7〕、键盘、显示〔8〕、打印机〔9〕、超声波探伤仪〔10〕和超声换能器〔11〕构成。而用于单／多通道探伤仪的A／D转换控制接口装置则是由〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕所组成，其构成是晶体振荡器〔1〕与分频器〔2〕和计数与A／D转换控制器〔5〕连接；延时调整电路〔3〕与多路选择器〔4〕和探伤仪〔10〕连接；计数与A／D转换控制器〔5〕与多路选择器〔4〕、电脑〔7〕和A／D转换器〔6〕连接；分频器〔2〕与探伤仪〔10〕连接。其工作情况大致如下整个系统的取样率取决于晶体振荡器〔1〕，对于不同的取样率，可根据具体要求选用不同振荡频率的晶体振荡器。该振荡器通过分频器，将频率较高的晶体振荡频率改变为超声波探伤仪同步(X轴信号)工作频率所要求的范围，送入超声波探伤仪〔10〕，构成超声波探伤仪的同步信号。晶体振荡器输出同时送入计数器和A／D转换控制器〔5〕的计数器时钟端，使其成为计数器时钟端的时钟信号。这样，计数器的计数频率则是晶体振荡器的频率。完成取样时的步进(步退)值Δt的时间为Δt＝1／f。(晶体振荡器频率为f0)，计数器与A／D转换控制器的功能是完成步进(步退)取样所需的步进(步退)时间的计数和完成A／D转换器转换点数的计数。所需的计数控制信号来源于电脑的通讯，控制接口〔7〕，计数的起动信号来源于多路选择器〔4〕。多路选择器的功能是对于多通道超声波探伤仪的各通道同步信号的选择，使A／D转换对应于一指定的单一通道，对于单通道超声探伤仪则无需此部分。而对所需通道选择的控制信号(即对多路选择器的控制信号)来源于电脑部分〔7〕。通过多路选择器〔4〕送入的控制计数器〔5〕的同步信号则来源于延时调整电路〔3〕。而〔3〕的功能主要是对来源于超声探伤仪的单多通道同步信号的脉冲边缘延时进行调整，使得在使用同步信号起动A／D转换器时，A／D转换的起始点落在该通道超声信号的有效位置。在同步信号起动计数器与A／D转换控制器〔5〕时，该部分根据电脑部分的预置情况开始以晶体振荡器的频率(f0)计数，在完成电脑预置的计数后，立即发出一个A／D转换器的起动转换信号，该信号则使得A／D转换器〔6〕开始进行A／D转换，当A／D转换结束，并且转换数据有效时，则请求电脑中断，进行数据交换。A／D转换的模拟输入信号来源于超声波探伤仪的Y通道即超声回波信号，超声换能器〔11〕为超声波探伤仪的电／声和声／电转换器件，键盘／显示部分〔8〕则是用于人机对话。打印机〔9〕可以将A型超声信号和有关缺陷的结果和现场所需的信息打印出来，以利于记录与长久保存。
本实用新型在实施时是使用晶体振荡器作为超声波探伤仪和完成步进(步退)的计数器的共同时钟源，而在完成A／D量化的步进(步退)控制时，则是采用数字器件、计数器组成计数链，以取样率频率的晶体振荡器为时钟，完成步进(步退)的控制，对于八位的电脑来讲，大于256点的取样点数，其大于位需进行逻辑组合加以预置，以完成大于256点的A／D转换。对于要求有多种取样率的A／D转换控制接口，可使用符合最高取样率要求的晶体振荡器，而在分频器〔2〕取出经过分频后又符合多种取样率要求的各级输出，并加入多路选择器，其原理同于多路选择器〔4〕。选择控制可来于电脑或是手动，其多路选择器的输出接入计数器和A／D转换控制器〔5〕的时钟端，从而构成一个可选择多种取样率的用于单／多通道超声波探伤仪的A／D转换控制接口电路，如图2所示。图2是可选择多种取样率的用于单／多通道超声波探伤仪的A／D转换控制接口电路原理图。为产生步进(步退)取样信号，使用了同步可预置计数器构成本部分电路。同步可预置计数器的特点是在高速计数应用中内部有超前进位，并对所有触发器同时加上时钟时，可使计数输入和内部门发出指示时输出变化彼此协调一致，从而实现同步工作。这种计数器是全编程序的，即输出可预置任一电平。当用一个外接与非门对所需的最大计数进行译码时，同步清除可很容易地改变计数长度。延时调整电路是使用直接耦合触发多谐振荡器。该振荡器的特点是输出脉冲宽度可由外接的定时电阻和电容控制，其方式是外接适当的定时电阻和电容以控制基本输出脉冲的宽度，从而调整触发脉冲的上升和下降沿，以达到调整延时的目的。使用数字电路中的单稳态触发电路构成用于单／多通道A／D转换的取样起始点的调整电路，以移动取样起始点，使用多路转换开关用于通道的通道数选择，以便在需要量化某通道模拟信号时，对于A／D转换的控制信号是该通道的同步信号。
图3是本实用新型的具体电路图。
如图所示，晶体振荡器〔1〕由晶体和电阻及反相器74LS04构成输出端与分频器〔2〕相连接；分频器〔2〕由三只四位二进制计数器74LS93构成，其输出端C送入探伤仪，成为探伤仪的时基信号；晶体振荡器〔1〕在连接74LS93的同时，与计数与A／D转换控制器〔5〕连接，作为计数与A／D转换控制器〔5〕的时钟信号。计数与A／D转换控制器〔5〕由二只双D型正沿触发器74LS74组成；74LS163的数字预置与Z－80单板机PIO的PBO－PBF相连接；计数与A／D转换控制器的74LS163动态进位输出端与PIO口的BSTB相连接，同时送入74LS74；74LS74的Q输出送入A／D转换器〔6〕。A／D转换器〔6〕由运算放大器AD509，A／D转换器AD570和模拟分离器件组成；74LS74的输出与AD570的B／C端连接，A／D转换器〔6〕的模拟信号端与超声波探伤仪的Y通道相连接，AD570的输出端与PIO的PA0～PA7相连接。多路选择器〔4〕由多路转换器CD4051组成，CD4051的通道选择端与Z－80单板机的PS3、PS6和PS7连接，输入端与延时调整电路〔3〕的输出端连接，延时调整电路由二只带清除的双可再触发单稳态多谐振荡器74LS123组成，74LS123的输入端与超声波探伤仪的四个通道触发信号相连接，输出端与CD4051相连接。
权利要求1.用于单/多通道超声波探伤仪的A/D转换控制接口装置，其特征是它由晶体振荡器[1]、分频器[2]、延时调整电路[3]、多路选择器[4]和计数与A/D转换控制器[5]组成，晶体振荡器[1]由晶体和电阻及反相器74LS04构成输出端与分频器[2]相连接；分频器[2]由三只四位二进制计数器74LS93构成，其输出端C送入探伤仪；晶体振荡器[1]在连接74LS93的同时，与计数与A/D转换控制器[5]连接，[5]由二只双D型正沿触发器74LS74组成；74LS163的数字预置与Z-80单板机PIO的PB0-PBF相连接；计数与A/D转换控制器[5]的74LS163动态进位输出端与PIO口的BSTB相连接，同时送入74LS74；74LS74的Q输出送入A/D转换器[6]；[6]由运算放大器AD509，A/D转换器AD570和模拟分离器件组成；74LS74的输出与AD570的B/C端连接，A/D转换器[6]的模拟信号端与超声波探伤仪的Y通道相连接，AD570的输出端与PIO的PA0～PA7相连接；多路选择器[4]由多路转换器CD4051组成，CD4051的通道选择端与Z-80单板机的PS3、PS6和PS7连接，输入端与延时调整电路[3]的输出端连接；延时调整电路由二只带清除的双可再触发单稳态多谐振荡器74LS123组成，74LS123的输入端与超声波探伤仪的四个通道触发信号相连接，输出端与CD4051相连接。
2.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于晶体振荡器〔1〕与分频器〔2〕和计数与A／D转换控制器〔5〕连接；延时调整电路〔3〕与多路选择器〔4〕和探伤仪〔10〕连接；计数与A／D转换控制器〔5〕与多路选择器〔4〕、电脑〔7〕和A／D转换器〔6〕连接；分频器〔2〕与探伤仪〔10〕连接。
3.根据权利要求1、2所述的接口装置，其特征在于计数器是采用同步可预置计数器。
4.根据权利要求1、2所述的接口装置，其特征在于延时调整电路是使用直接耦合触发多谐振荡器。
5.根据权利要求1、2所述的接口装置，其特征在于使用多路转换开关用于多通道的通道数选择。
专利摘要用于单/多通道超声波探伤仪的A/D转换控制接口装置。它适用于用A型超声波检测方式对被测材料内部缺陷进行无损检测的领域。其主要构成是由分频器、晶体振荡器、延时调整电路、多路选择器和计数与A/D转换控制器五部分组成。由于采用同步控制由硬件完成，使得CPU与接口装置并行运行，加快了处理时间。它无需高速A/D转换器和乘法器，同样可以完成电脑检测的功能。
文档编号G01N29/04GK2032719SQ8721698
公开日1989年2月15日 申请日期1987年12月25日 优先权日1987年12月25日
发明者解明, 彭津 申请人:郑州铁路局武汉科学技术研究所, 南京工学院