电子开关式主/辅多通道超声波采集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，涉及一种采集系统，特别是涉及一种电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备。

背景技术：

核电站安全性至关重要，在每次换料期间要对核电站进行全面检查和维修。其中在役检查是重要内容之一，要对关键设备(如压力容器、蒸汽发生器、主管道等)的焊缝要进行超声波探伤，操作规程中往往规定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的功能。

核电站关键设备往往带有电离辐射，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查和维修工作。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幅度过载，不能正确对缺陷进行定性和定量分析，这时必须降低增益重新进行数据采集以获取幅度不过载波形信号，这就造成工作时间延长，增大劳动强度，操作人员受到较多辐射照射。目前采用放大器分时复用技术可以实现一个探头信号具有不同增益，这是超声波探头多次发射和接收的过程分时复用放大器。实际上探头是在多个不同位置上发射和接收超声波的过程。辅助通道与主通道的信号不是同一位置的信号且信号形状略有差异。不同位置之间的距离取决于扫查的深度、扫查速度和检测位置精度要求。

因此，如何提供一种电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备，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、产生工作延时，增大劳动强度，操作人员遭受较多辐射等缺陷，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电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备，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、产生工作延时，增大劳动强度，操作人员遭受较多辐射的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种电子开关式主/辅多通道超声波采集系统，所述电子开关式主/辅多通道超声波采集系统包括：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采集模块，用于采集所述超声波数据；其中，若针对第i个探头未设置辅助通道，所述超声波采集模块直接采集针对第i个探头的超声波数据；若针对第i个探头设置若干辅助通道，所述超声波采集模块将通过一路选择开关和一超声波探头反馈的超声波数据分成若干路超声波数据，每一路超声波数据予以通过与每个辅助通道对应的采集通道来采集；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，并通过不同采集通道输出增益不同的超声波数据。

于本发明的一实施例中，所述超声波采集模块包括多路电压跟随器，与所述多路电压跟随器电性连接的放大器，与所述放大器电性连接的滤波器，与所述滤波器电性连接的模数转换器，与所述模数转换器电性连接的可编程器件，及与所述可编程器件电性连接的数字信号处理器；其中，所述放大器，滤波器的个数与所述多路跟随器的路数相同。

于本发明的一实施例中，所述可编程器件通过外部存储器接口与所述数字信号处理器连接。

于本发明的一实施例中，所述多路电压跟随器包括第一电容，电阻，第二电容，第一负反馈放大器，多路模拟开关，及与每一路模拟开关连接的第二负反馈放大器；其中，每一个第二负反馈放大器的闭环增益与第i个探头上设置的增益一一对应且相同；多路模拟开关包括多路并联的模拟开关。

于本发明的一实施例中，第一电容的一端、电阻的一端、第二电容的一端与所述第一负反馈放大器的正输入端连接，第一电容的另一端与每一路选择开关连接，电阻的另一端接地，第二电容的另一端接地，所述第一负反馈放大器的负输入端与输出端连接；所述第一负反馈放大器的输出端与每一路模拟开关的一端相连接，每一路模拟开关的另一端和与其对应的第二负反馈放大器的正输入端连接，每一第二负反馈放大器的输出端与每一放大器的输入端连接。

于本发明的一实施例中，若针对第i个探头未设置辅助通道，所述多路模拟开关中仅有一路模拟开关保持导通状态，其他路模拟开关保持断开状态。

于本发明的一实施例中，若针对第i个探头设置若干辅助通道，所述多路模拟开关中与若干辅助通道对应的模拟开关保持导通状态。

于本发明的一实施例中，所述超声波发射模块包括：同步脉冲发射器及与所述同步脉冲发射器和多路选择开关连接的译码器；所述同步脉冲发射器用于根据采样频率发射同步脉冲；所述译码器用于从所述多路选择开关中选择通道，并以采样频率依次向所选通道上的探头施加高压，以产生施加在所述探头上的反向尖脉冲，使所述探头发射超声波数据。

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电子开关式主/辅多通道超声波采集系统。

如上所述，本发明的电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备，具有以下有益效果：

本发明电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备实现了一个探头信号同时进入若干个具有不同增益的放大器，得到同一个探头不同增益的信号，可依次循环对不同增益的信号进行快速数字化，避免了由于某一通道信号过载而必须重新采集的问题，同时实现不同辅助通道信号的来自同一位置探头及波形基本相似。

附图说明

图1显示为本发明的电子开关式主/辅多通道超声波采集系统于一实施例中的原理结构示意图。

图2显示为本发明的4路电压跟随器的电路图。

图3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电子开关式主/辅多通道超声波采集系统

11超声波探头

12n路选择开关

13超声波发射模块

14超声波采集模块

131同步脉冲发射器

132译码器

141多路电压跟随器

142放大器

143滤波器

144模数转换器

145可编程器件

146数字信号处理器

3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。

本实施例提供一种电子开关式主/辅多通道超声波采集系统，所述电子开关式主/辅多通道超声波采集系统包括：

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采集模块，用于采集所述超声波数据；

其中，若针对第i个探头未设置辅助通道，所述超声波采集模块直接采集针对第i个探头的超声波数据；

若针对第i个探头设置若干辅助通道，所述超声波采集模块将通过一路选择开关和一超声波探头反馈的超声波数据分成若干路超声波数据，每一路超声波数据予以通过与每个辅助通道对应的采集通道来采集；

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，并通过不同采集通道输出增益不同的超声波数据。

以下将结合图示对本实施例所提供的电子开关式主/辅多通道超声波采集系统进行详细描述。在本实施例中，通过pc机设置主/辅多通道超声波采集系统中各通道参数，包括高压值、放大器增益、带通滤波参数、a\d转换频率和分辨率等。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，并通过不同采集通道输出增益不同的超声波数据。

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，即需设置可变增益的辅助通道，即使某个通道信号过载，还有其他增益较低的信号不过载通道可利用，以便对信号进行更准确的定量和定性分析，且为了克服获取的波形数据的非同时性的问题，在每个主通道后面再分四路信号，利用快速a\d模数变换器依次(1-4)循环快速数字化，这样所得到的波形具有同时性，即不同辅助通道信号来自探头同一位置，波形形状近似相同。本实施例提供一种电子开关式主/辅多通道超声波采集系统：包括多个超声波探头、主通道多路电子模拟开关(可以十六选一，如cd4067、ad705；可以是八选一，如cd4051、ad7501、ad7503，也可以是四选一)、辅助通道为四路模拟开关(如芯片cd4066、ad7510)，四路跟随器、四路带通滤波器、a\d转换器、fpga、dsp、pc等。其中四路选择开关器件为每路开关可以单独通断，也可以几路同时通断，其中1号通道总是接通状态(或4路通道中任意一路总是处于接通状态)。一个主通道(探头)分为四个辅助通道，每个辅助通道可以根据实际情况设置不同的增益，四个辅助通道共用一个a\d模数变换器，分时依次循环对辅助通道信号进行数字化。具体请参阅图1，显示为电子开关式主/辅多通道超声波采集系统于一实施例中的原理结构示意图。如图1所示，所述电子开关式主/辅多通道超声波采集系统1包括：

16个超声波探头11，与16个超声波探头11对应的16路选择开关12。

与所述16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包括同步脉冲发射器131及与所述同步脉冲发射器131和多路选择开关12连接的译码器132。

其中，所述同步脉冲发射器131用于根据采样频率发射同步脉冲。

所述译码器132用于从所述多路选择开关12中选择通道，并以采样频率依次向所选通道上的探头施加高压，以产生施加在所述探头上的反向尖脉冲，使所述探头发射超声波数据。

分别与所述多路选择开关12和超声波发射模块13连接的超声波采集模块14用于采集所述超声波数据。继续参阅图1，所述超声波采集模块14包括多路电压跟随器141，与所述多路电压跟随器141电性连接的放大器142，与所述放大器142电性连接的滤波器143，与所述滤波器143电性连接的模数转换器144，与所述模数转换器144电性连接的可编程器件145，及与所述可编程器件145电性连接的数字信号处理器146。其中，所述放大器142，滤波器143的个数与所述多路跟随器141的路数相同。在本实施例中，所述多路电压跟随器141为4路电压跟随器，4路电压跟随器的电路图如图2所示。所述4路电压跟随器141包括第一电容c1，电阻r，第二电容c2，第一负反馈放大器u1，4路模拟开关k1，及与每一路模拟开关连接的第二负反馈放大器u2(即第二负反馈放大器u21，第二负反馈放大器u22，第二负反馈放大器u23，第二负反馈放大器u24)；其中，每一个第二负反馈放大器的闭环增益与第i个探头上设置的增益一一对应且相同。4路模拟开关包括4路并联的模拟开关k11，k12，k13，k14。所述第一电容c1的一端、电阻r的一端、第二电容c2的一端与所述第一负反馈放大器u1的正输入端连接，第一电容c1的另一端与每一路选择开关12连接，电阻r的另一端接地，第二电容c2的另一端接地，所述第一负反馈放大器u1的负输入端与输出端连接；所述第一负反馈放大器u1的输出端与每一路模拟开关k11，k12，k13，k14的一端相连接，每一路模拟开关k11、k12、k13、k14的另一端分别与其对应的第二负反馈放大器u21、u22、u23及u24的正输入端连接，每一第二负反馈放大器u21、u22、u23及u24的输出端与每一放大器142的输入端连接。

在本实施例中，所述4路电压跟随器输出电压与输入电压是相同的，也就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，可以实现辅助通道关闭或导通数量对输入信号的幅度影响较小。

每一个所述放大器142采用宽频带放大器用于放大所述4路电压跟随器每一路输出的超声波数据。

每一个所述滤波器143采用带通滤波器用于将每一个所述放大器142放大的超声波数据进行滤波。

所述模数转换器144用于依次循环对若干辅助通道的超声波数据进行数字化。

所述可编程器件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，所述可编程器件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。

所述数据处理单元146用于对通过所述可编程器件145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。

例如，若针对第1个探头未设置辅助通道，所述超声波采集模块14直接采集针对第1个探头的超声波数据。具体地，只有第一路选择开关开通，所述超声波采集模块14只有第一路模拟开关k11保持导通状态，2-4路模拟开关k12，k13，k14处于断开状态。

若针对第1个探头设置4个辅助通道，所述超声波采集模块14将通过第一路选择开关和一超声波探头反馈的超声波数据分成4路超声波数据，每一路超声波数据予以通过与每个辅助通道对应的采集通道来采集。具体地，第一路选择开关开通，所述超声波采集模块14选择4路模拟开关k11，k12，k13，k14保持导通状态，即通过4路采集通过采集超声波数据。

本实施例还提供一种电子设备3，请参阅图3，显示为电子设备的原理结构示意图。如图3所示，所述电子设备3包括上述的电子开关式主/辅多通道超声波采集系统1。

综上所述，本发明电子开关式主/辅多通道超声波采集系统及电子设备实现了一个探头信号同时进入若干个具有不同增益的放大器，得到同一个探头不同增益的信号，可依次循环对不同增益的信号进行快速数字化，避免了由于某一通道信号过载而必须重新采集的问题，同时实现不同辅助通道信号的来自同一位置探头及波形基本相似。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。