低频电磁超声导波接收信号的放大方法和装置的制造方法

文档序号:9808869
低频电磁超声导波接收信号的放大方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无损检测领域,具体而言,涉及一种低频电磁超声导波接收信号的放大方法和装置。
【背景技术】
[0002]近年来,通过低频超声导波技术可实现航空用铝镁合金板、石油和化工用金属管道和特种设备用压力容器金属底板等导电或导磁类结构的长距离和大范围检测。相对于传统的压电换能器而言,采用电磁超声换能器作为低频导波检测时的换能装置时,具有非接触式、不需要耦合剂、重复性好和便于定量测量等优点。但采用电磁超声换能器进行导波散射信号接收时,由于其能量转换机理的限制,导致接收信号非常微弱,只有μν级,因此,电磁超声导波接收信号特别容易淹没在检测仪器所产生的噪声里。
[0003]现有技术主要是针对电磁超声测厚时的回波信号进行接收放大及检波获取。该现有技术将电磁超声换能器检测到的信号经高压箝制电路限幅后,送入两级差分放大器系统进行信号的放大,放大后的信号通过跟随器送入检波器及相关滤波系统,通过检波滤波来拾取检测信号。由于在检测时低频电磁超声导波传播距离远大于远超声传播距离,导致导波散射信号幅值更小,需要接收信号放大系统的放大倍数更大,这同时也要求该接收系统具有更高的信噪比。通过现有技术中接收放大器系统将接收到的信号进行两级放大,由于目前器件增益带宽积的限制,难以实现低频导波散射信号的有效放大。更重要的是,随着接收系统放大倍数的增加,对于电磁超声换能器感知的高压射频交叉感应信号同时也会进行放大,使得放大电路处于饱和状态难以快速恢复,不能对后续电磁超声导波接收信号进行有效放大。
[0004]目前,尚无关于低频电磁超声导波接收信号放大系统的报道,而能用于超声测厚仪器的放大电路难以满足该低频电磁超声导波接收信号放大的要求。主要因为:低频电磁超声导波接收信号频率远低于超声接收信号频率,这对于接收电路的设计提出了新的要求,目前尚无针对该频段的电磁超声导波接收信号放大系统的报道;由于超声导波检测距离远,电磁超声导波接收信号应比电磁超声接收信号放大装置的增益大很多,目前的两级放大系统及跟随器均采用差分方式来抑制传感器引入的共模噪声,对于需要更大放大倍数的低频电磁超声导波接收信号系统而言,这种方式会导致需要的放大器的数量增加一倍,从而会引入更多的随机噪声,使得微弱接收信号淹没在器件引起的随机噪声中;现有的只用二极管限制输入信号幅值的方式,不适用于电磁超声导波接收信号放大装置,主要因为经多级电路放大后的被限幅的高压射频交叉感应信号依然会对后续电路有较大冲击,导致电路难以快速恢复以放大有用信号。
[0005]针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。

【发明内容】

[0006]本发明实施例提供了一种低频电磁超声导波接收信号的放大方法和装置,以解决现有技术中无法准确检测低频电磁超声导波接收信号的技术问题。
[0007]根据本发明实施例的一个方面,提供了一种低频电磁超声导波接收信号的放大装置,包括:多级放大电路,用于对检测到的第一目标信号进行放大,其中,所述多级放大电路包括至少三级放大电路,且所述多级放大电路中每级放大电路依次串联,放大之后的所述第一目标信号用于检测被测材料的损伤程度;多个钳位电路,所述多级放大电路中每级放大电路均并联一个钳位电路,所述多个钳位电路中每个钳位电路用于对并联的放大电路输出的高压信号进行限幅。
[0008]进一步地,所述装置还包括:保护电路,所述保护电路的输入端接收初始目标信号,所述保护电路的输出端与所述多级放大电路的输入端相连接,用于限制所述初始目标信号中初始高压信号的幅值,输出所述第一目标信号。
[0009]进一步地,所述保护电路包括:第一限幅电路,所述第一限幅电路的输出端与变压器的一次侧相连接,用于限制所述初始目标信号中的初始高压信号的幅值至预设幅值,输出限幅后的初始目标信号;所述变压器,用于将所述限幅后的初始目标信号的幅值进行放大,输出放大之后的初始目标信号;第二限幅电路,所述第二限幅电路的输入端与所述变压器的二次侧相连接,用于将所述变压器放大之后的初始目标信号中初始高压信号的幅值由当前幅值限幅至所述预设幅值。
[0010]进一步地,所述第一限幅电路和所述第二限幅电路均包括:第一二极管,所述第一二极管的阳极与所述变压器的一次侧的第一端相连接,所述第一二极管的阴极与所述变压器的一次侧的第二端相连接;第二二极管,所述第二二极管的阳极与所述第一二极管的阴极相连接,所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极相连接。
[0011]进一步地,所述多级放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路和第四级放大电路,并且所述第一级放大电路、所述第二级放大电路、所述第三级放大电路和所述第四级放大电路依次串联,所述放大装置还包括:第一隔直电路,所述第一隔直电路设置在第一间隔、第二间隔、第三间隔、第四间隔中的至少一个间隔,用于对所述多级放大电路中的直流信号进行隔离,其中,所述第一间隔为所述保护电路和所述第一级放大电路之间的间隔,所述第二间隔为所述第一级放大电路和所述第二级放大电路之间的间隔,所述第三间隔为所述第二级放大电路和所述第三级放大电路之间的间隔,所述第四间隔为所述第三级放大电路和所述第四级放大电路之间的间隔;第二隔直电路,所述第二隔直电路的输入端与所述第四级放大电路的输出端相连接,用于对所述第四级放大电路的输出信号中的直流信号进行隔离。
[0012]进一步地,所述多级放大电路中每级放大电路均包括:运算放大器,其中,所述运算放大器的输出端为所述放大电路的输出端;第一电阻,所述第一电阻的第一端与所述运算放大器的反向输入端相连接,所述第一电阻的第二端接收所述第一目标信号;第二电阻,所述第二电阻的第一端与所述运算放大器的反向输入端相连接,所述第二电阻的第二端与第三电阻的第一端相连接;所述第三电阻,所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端相连接,所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的输出端相连接;电容,所述电容的第一端与所述运算放大器的反向输入端相连接,所述电容的第二端与所述运算放大器的输出端相连接;第四电阻,所述第四电阻的第一端与所述运算放大器的正向输入端相连接,所述第四电阻的第二端接地。
[0013]进一步地,所述多个钳位电路中每个钳位电路包括:第一三极管,所述第一三极管的集电极与所述运算放大器的输出端相连接,所述第一三极管的基极与所述第二电阻的第二端相连接,所述第一三极管的发射极与所述运算放大器的反向输入端相连接;第二三极管所述第二三极管的集电极与所述运算放大器的输出端相连接,所述第二三极管的基极与所述第二电阻的第二端相连接,所述第二三极管的发射极与所述运算放大器的反向输入端相连接。
[0014]根据本发明实施例的另一方面,还提供了一种低频电磁超声导波接收信号的放大方法,包括:接收第一目标信号,其中,所述第一目标信号用于检测被测材料损伤程度;对所述第一目标信号放大预设次数,并对高压信号的幅值进行限幅,其中,所述高压信号为初始高压信号每次放大后得到的信号,所述预设次数大于3。
[0015]进一步地,对所述第一目标信号放大预设次数包括:在对所述第一目标信号进行第一次放大之后,对第一次放大之后的第一目标信号进行第二次放大,对第二次放大之后的第一目标信号进行第三次放大,对第三次放大之后的第一目标信号进行第四次放大;在对所述第一目标信号放大的过程中,所述方法还包括:对以下至少一种信号中的直流信号进行隔离:对放大之前的所述第一目标信号进行隔离,对第一次放大之后的所述第一目标信号进行隔离,对第二次放大之后的所述第一目标信号进行隔离,对第三次放大之后的所述第一目标信号进行隔离;对第四次放大之后的所述第一目标信号进行信号中的直流信号进行隔离。
[0016]进一步地,在接收第一目标信号之前,所述方法还包括:接收初始目标信号,其中,所述初始目标信号包括所述第一目标信号和所述初始高压信号;降低所述初始目标信号中的初始高压信号的幅值至预设幅值,输出限幅后的初始目标信号;将所述限幅后的初始目标信号的幅值进行放大,输出放大之后的初始目标信号;将所述放大之后的初始目标信号中的初始高压信号的幅值由当前幅值降低至所述预设幅值。
[0017]在本发明实施例中,采用多级放大电路,用于对检测到的第一目标信号进行放大,其中,所述多级放大电路包括至少三级放大电路,且所述多级放大电路中每级放大电路依次串联,所述第一目标信号用于检测被测材料的损伤程度;多个钳位电路,所述多级放大电路中每级放大电路均并联一个钳位电路,所述多个钳位电路中每个钳位电路用于对并联的放大电路输出的高压信号进行限幅,通过多级放大电路对检测到的目标信号进行多级放大,并通过设置在每级放大电路两端的钳位电路对目标信号中的高压信号进行限幅,不仅能快速从高压信号所产生的冲击中恢复过来,而且还能将后续的微弱低频电磁超声导波接收信号进行上百dB的线性放大,达到了对低频电磁超声导波接收信号进行放大的目的,从而实现了准确检测低频电磁超声导波接收信号的技术效果,进而解决了现有技术中无法准确检测低频电磁超声导波接收信号的技术问题。
【附图说明】
[0018]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1是根据本发明实施例的一种低频电磁超声导波接收信号的放大装置的示意图;
[0020]图2是根据本发明可选实施例的一种低频电磁超声导波接收信号的放大装置的示意图;
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