专利名称：一种受控式多通道超声波探伤装置及其方法
技术领域：
本发明属于工业超声波探伤领域，特别涉及一种受控式多通道超声波探伤装置。
背景技术：
多通道超声波探伤仪广泛应用于工业自动化超声波探伤中。多通道仪器有一种用法是在一个探伤周期中，不是所有通道都工作一次，而是通过传感器信号决定特定的通道工作，不同探伤周期可以由不同探头工作。例如，在车轮在线多通道探伤中，钢轨两侧安装有数百个探头，只有车轮通过位置的探头工作，当车轮通过探伤区后，所有探头都完成了探伤工作。以车轮在线多通道探伤为例，对于这种用法的传统多通道超声波探伤装置包含车轮位置传感模块、前置多通道发射接收模块和探伤仪主机，前置多通道发射接收模块和车轮位置传感模块安装在钢轨和探头附近，通过信号线与探伤仪主机连接。工作过程是当车轮通过某个探头时，被对应该探头的传感器探测，并把探测信号传输到探伤仪主机，再由主机控制多通道发射接收模块选择对应通道工作，完成探伤工作。在这种装置中，探伤仪发 射接收电路模块和传感器探测电路模块是独立与探伤仪主机连接的。从工作时间上来看，首先是传感器信号传输到主机，再由主机把工作通道信号传回到前端的多通道发射接收模块。并且这两种信号均为数字信号，通常采用的数字信号输入输出模块的传输时间都在10us/bit以上。这种传统装置在使用中存在两个问题(1)需要两组数字信号传输线，增加了装置的复杂性，降低了装置的可靠性。(2)数字信号的往复传输占用了大部分探伤时间，降低了探伤速度，相应地也限制了探伤中列车的行驶速度。本发明采用的是一种受控式多通道超声波探伤装置，把传感器探测电路和多通道发射接收电路结合起来，由传感器探测信号直接控制多通道发射接收，可以有效地解决上述两个问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，把传感器探测电路和多通道发射接收电路结合起来，根据传感器探测到的状态直接控制对应探头工作，然后把工作探头的序号加载到探头接收的超声波模拟信号上，通过模拟信号线传输到探伤仪主机，解决传统多通道超声波探伤装置需要数字信号输入输出线路、探伤速度低等问题。本发明采用的技术方案是，如图I所示一种受控式多通道超声波探伤装置，由至少一个探头I和对应的至少一个传感器2连接前端电路14，通过模拟信号传输线8连接后端电路15。所述的探头I、传感器2与前端电路14连接，前端电路14包括与探头I连接的发射接收电路3、与传感器2连接的传感器探测电路4，发射接收电路3和传感器电路4与前置FPGA电路5连接，发射接收电路3接收的超声信号输出与超声信号放大电路6连接，超声信号放大电路6和探头序号编码电路7连接。所述的后端电路15中的可控增益放大电路9通过模拟信号传输线8与前端电路14中的探头序号编码电路7连接，可控增益放大电路9与模数转换电路11、主控FPGA电路10之间连接，主控FPGA电路10与探伤仪CPU及总线接口电路12连接。前端电路14中把传感器探测电路4输出信号直接输入到前置FPGA电路5，再由前置FPGA电路5确定对应探头I的相应发射接收电路3工作，同时由前置FPGA电路5控制探头序号编码电路7产生编码方波与超声信号放大电路6的输出信号合成，通过模拟信号传输线8输入到后端电路15的可控增益放大电路9中，合成信号通过模数转换电路11生成数字信号，然后通过探伤仪CPU及总线接口电路12的控制程序的探头序号解码算法13得到探头的序号和对应探头的超声信号，实现受控式多通道超声波探伤。一种受控式多通道超声波探伤装置的探伤方法，多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为一个工作周期，把一个周期的时间分为扫描控制时段和接收传输时段，包含以下步骤I)在扫描控制时段,前置FPGA电路5通过扫描各个传感器探测电路4的输出信号决定哪一路发射接收电路3工作，由对应探头I发射超声波，完成扫描控制时段工作；
2)在接收传输时段，从工件内部返回的超声信号由发射接收电路3接收，通过超声信号放大电路6放大后，与由前置FPGA电路5控制生成的探头序号编码电路7输出信号合成，加载到模拟信号传输线8上，再通过可控增益放大电路9接收超声信号，放大后通过模数转换电路11把探头序号编码信号和超声信号数字化，并通过主控FPGA电路10传输到探伤仪CPU及总线接口电路12中，完成接收传输时段。所述的完成超声信号接收传输时段后，对数字化的超声信号和探头序号编码信号通过算法13进行解码，把数字化超声信号与探头一一对应。所述的多通道超声波探伤装置工作在一种被动受控模式下，只有在传感器2探知到需要探头工作的情况下，装置完成一个探伤工作周期，否则装置工作在等待和查询状态下。所述的多通道超声波探伤装置工作在一种被动受控模式下，是从时序上来讲仪器在被动受控状态下工作，进一步包括以下步骤A),仪器开始工作后，前端电路14中前置FPGA电路5工作在扫描传感器信号阶段18 ;当探测到某一传感器2工作信号后，选择对应探头I的发射接收电路3，然后产生一个标志信号19和探头序号编码信号20，并在一个固定时间后产生超声波触发信号21，使发射电路3产生超声波22 ；B)，后端电路15接收到加载探头序号编码的超声信号后，通过模数转换电路11进行数字化，再利用探头序号解码算法13得到探头序号和超声信号；C)，然后前置FPGA电路5又进入扫描传感器信号阶段18，等待下一个工作周期。本发明受控式多通道超声波探伤装置不需要使用传感器信号到探伤仪主机和探伤仪主机到超声波发射接收电路之间的数字信号传输线路，简化了装置的结构，增加了装置的可靠性，提高了探伤速度，特别适用于由外部传感器决定工作探头的多通道超声波探伤的情况。
图I是本发明受控式多通道超声波探伤装置前后端电路工作原理框图。图2是本发明中的传输信号时序图。
具体实施例方式下面结合实施例进一步描述本发明。本发明的范围不受这些实施例的限制，本发明的范围在权利要求书中提出。参见附图1，通常情况下，由外部传感器决定工作探头的多通道超声波探伤装置由探头I、传感器2、发射接收电路3、传感器探测电路4、前置FPGA电路5、超声信号放大电路6、可控增益放大电路9、主控FPGA电路10、模数转换电路11和探伤仪CPU及总线接口电路12组成。在工业自动超声探伤中，通常把发射接收电路3、前置FPGA电路5、超声信号放大电路6设计成一个模块，把传感器探测电路4设计成另一个模块，两个模块都安装在与探头I、传感器2和工件相邻的如端电路14,其余部分设计在后端电路15的探伤仅王机中。如后端电路部分除了使用模拟信号传输线8传输超声信号外，还需要若干条数字信号传输线传输从传感器探测电路到探伤仪主机和从探伤仪主机到超声波发射接收电路的控制信号。本发明在前端电路14中把传感器探测电路4和前置FPGA电路5与超声波发射接 收电路3结合起来设计成一个模块，增加了探头序号编码电路7，在前置FPGA电路5控制下产生的探头序号编码方波信号加载到传输超声信号的模拟信号传输线8上，在后端电路15中把模拟信号数字化后，利用探头序号解码算法13，把接收到的超声信号与探头一一对应起来，实现受控式多通道超声波探伤。多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为一个工作周期。把一个周期的时间分为扫描控制时段和接收传输时段。在扫描控制时段，前置FPGA电路5通过扫描各个传感器探测电路4的输出信号决定哪一路发射接收电路3工作，由对应探头I发射超声波，完成扫描控制时段工作。在接收传输时段，从工件内部返回的超声信号由发射接收电路3接收，通过超声信号放大电路6放大后，与由前置FPGA电路5控制生成的探头序号编码电路7输出信号合成，加载到模拟信号传输线8上，再通过可控增益放大电路9接收超声信号，放大后通过模数转换电路11把超声信号数字化，并通过主控FPGA电路10传输到探伤仪CPU12中，完成接收传输时段。参见附图I和2，其中，图2的说明16扫描控制时段，17接收传输时段，18扫描传感器信号，19标志信号，20探头序号编码信号，21超声波触发信号，22超声波信号。探伤仪中各部分工作的流程是仪器开始工作后，前端电路14中前置FPGA电路5工作在扫描传感器信号阶段18 ;当探测到某一传感器2工作信号后，选择对应探头I的发射接收电路3,然后产生一个标志信号19和探头序号编码信号20,并在一个固定时间后产生超声波触发信号21，使发射电路3产生超声波22 ;后端电路15接收到加载探头序号编码的超声信号后，通过模数转换电路11进行数字化，再利用探头序号解码算法13得到探头序号和超声信号。然后前置FPGA电路5又进入扫描传感器信号阶段18，等待下一个工作周期。从时序上来讲，仪器工作在被动受控状态工作状态。本发明的有益效果在于多通道超声波探伤仪把传感器探测电路与超声波前端发射接收电路结合起来，不需要使用数字信号传输控制信号，简化了装置的结构，增加了装置的可靠性，提高了探伤速度，特别适用于由外部传感器决定工作探头的多通道超声波探伤的情况。
以上参照附图对本申请的示例性的实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，上述实施方案仅仅是为了说明的目的而所举的示例，而不是用来进行限制，凡在本申请的 教导和权利要求保护范围下所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请要求保护的范围内。
权利要求
1.一种受控式多通道超声波探伤装置，其特征在于，由至少ー个探头(I)和对应的至少ー个传感器(2 )连接前端电路(14 )，通过模拟信号传输线(8 )连接后端电路(15 )。
2.根据权利要求I所述的受控式多通道超声波探伤装置，其特征在干，所述的探头(I )、传感器(2)与前端电路(14)连接，前端电路(14)包括与探头(I)连接的发射接收电路(3 )、与传感器(2 )连接的传感器探測电路(4 )，发射接收电路(3 )和传感器电路(4 )与前置FPGA电路(5)连接，发射接收电路(3)接收的超声信号输出与超声信号放大电路(6)连接，超声信号放大电路(6)和探头序号编码电路(7)连接。
3.根据权利要求2所述的受控式多通道超声波探伤装置，其特征在于，所述的前端电路(14)中的探头序号编码电路(7)与后端电路(15)中的可控增益放大电路(9)通过模拟信号传输线(8 )连接，可控增益放大电路(9 )与模数转换电路(11)、主控FPGA电路(10 )之间连接，主控FPGA电路(10)与探伤仪CPU及总线接ロ电路(12)连接。
4.根据权利要求I所述的受控式多通道超声波探伤装置，其特征在于，前端电路(14)中把传感器探测电路(4)输出信号直接输入到前置FPGA电路(5)，再由前置FPGA电路(5)确定对应探头(I)的相应发射接收电路(3)工作，同时由前置FPGA电路(5)控制探头序号编码电路(7)产生编码方波与超声信号放大电路(6)的输出信号合成,通过模拟信号传输线(8)输入到后端电路(15)的可控增益放大电路(9)中，合成信号通过模数转换电路(11)生成数字信号，然后通过探伤仪CPU及总线接ロ电路(12)的控制程序的探头序号解码算法得到探头的序号和对应探头的超声信号，实现受控式多通道超声波探伤。
5.基于权利要求I所述的ー种受控式多通道超声波探伤装置的探伤方法，多通道超声波探伤仪完成一次发射、接收和超声信号采集的时间称为ー个工作周期，把ー个周期的时间分为扫描控制时段和接收传输时段，其特征在于，包含以下步骤 1)、在扫描控制时段，前置FPGA电路(5)通过扫描各个传感器探测电路(4)的输出信号决定由其中一路发射接收电路(3)工作，并由对应探头(I)发射超声波，完成扫描控制时段工作； 2)、在接收传输时段，从エ件内部返回的超声信号由发射接收电路(3)接收，通过超声信号放大电路(6)放大后，与由前置FPGA电路(5)控制生成的探头序号编码电路(7)输出信号合成，加载到模拟信号传输线(8)上，再通过可控増益放大电路(9)接收超声信号，放大后通过模数转换电路(11)把探头序号编码信号和超声信号数字化，并通过主控FPGA电路(10)传输到探伤仪CPU及总线接ロ电路(12)中，完成接收传输时段。
6.根据权利要求5所述的ー种受控式多通道超声波探伤装置的探伤方法，其特征在于，所述的完成超声信号接收传输时段后，对数字化的超声信号和探头序号编码信号通过算法进行解码，把数字化超声信号与探头一一对应。
7.根据权利要求5所述的ー种受控式多通道超声波探伤装置的探伤方法，其特征在于，所述的多通道超声波探伤装置工作在一种被动受控模式下，只有在传感器(2)探知到需要探头工作的情况下，装置完成一个探伤工作周期，否则装置工作在等待和查询状态下。
8.根据权利要求7所述的ー种受控式多通道超声波探伤装置的探伤方法，其特征在干，所述的多通道超声波探伤装置工作在一种被动受控模式下，是从时序上来讲装置在被动受控状态下工作，进ー步包括以下步骤:A)，装置开始工作后，前端电路(14)中前置FPGA电路(5)工作在扫描传感器信号阶段(18);当探測到某一传感器(2)工作信号后，选择对应探头(I)的发射接收电路(3 )，然后产生一个标志信号(19 )和探头序号编码信号(20 )，并在一个固定时间后产生超声波触发信号(21)，使发射电路(3)产生超声波(22)； B)，后端电路(15)接收到加载探头序号编码的超声信号后，通过模数转换电路(11)进行数字化，再利用探头序号解码算法(13)得到探头序号和超声信号； C)，然后前置FPGA电路(5)又进入扫描传感器信号阶段(18)，等待下一个工作周期。
全文摘要
本发明把传感器探测电路和多通道发射接收电路结合起来，根据传感器探测到的状态直接控制对应探头工作，然后把工作探头的序号加载到探头接收的超声波模拟信号上，通过模拟信号线传输到探伤仪主机，提供一种受控式多通道超声波探伤装置，由至少一个探头(1)和对应的至少一个传感器(2)连接前端电路(14)，通过模拟信号传输线(8)连接后端电路(15)。不需要使用数字信号线传输多通道探伤控制信号，简化了装置的结构，增加了装置的可靠性，提高了探伤速度，特别适用于由外部传感器决定工作探头的多通道超声波探伤的情况。解决传统多通道超声波探伤装置需要数字信号输入输出线路、探伤速度低等问题。
文档编号G01N29/04GK102854249SQ20121036770
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者滕永平, 吴迪, 张乐 申请人:北京交通大学, 北京波易达成像技术有限公司