专利名称：超声探伤信号处理装置及其抗干扰处理方法
技术领域：
本发明属于无损检测领域的超声探伤技术，特别是多通道自动化或半自动化超声探伤技术。
超声探伤设备是一种灵敏度相当高的仪器，很容易受到外界以及超声探伤装置电器驱动系统本身的电脉冲干扰。一般超声探伤仪器都是根据进入选通门的脉冲幅度判断是否应予记录的，因而无法判别进入选通门的脉冲是超声检测信号，还是干扰脉冲。在探伤灵敏度或探伤可靠性要求较高的情况下(如核燃料元件包壳管)，这个问题就尤其突出。解决这个问题的办法是在超声探伤设备，包括电源、电器系统、超声探伤仪和信号处理系统的抗干扰能力上采取各种措施。专利CN2167369.Y提出了一种脉冲数符合式缺陷脉冲鉴别电路。该专利依据的缺陷脉冲的连续性，即只有脉冲连续且达到规定的连续数时，脉冲信号才有效。这种装置有一定抗干扰效果，但它的不足之处有三一是仅利用了缺陷脉冲连续性这一特征，抗干扰能力有较大局限性；二是脉冲设定数为2的N次方，不够灵活，对探伤速度影响较大；三是只能给出缺陷报警，不能给出探伤记录，因而不能适应探伤要求较高的场合。
本发明的目的在于提出一种主要由通用超声探伤仪、超声探头、电脑化超声信号处理器和工业控制计算机组成的超声探伤信号处理装置及其抗干扰处理方法，它不仅具有更强的抗干扰能力，还可以实时记录缺陷的大小和位置，便于实现更完善的判断标准、存档和管理，从而克服了现有技术存在的问题。
本发明的技术方案包括如
图1所示的装置，图2所示该装置在多通道工作时的方式和图3所示的软件处理流程。在一般超声探伤装置中，用市售超声探伤仪(20)驱动超声探头(60)发射和接收超声波脉冲，经超声探伤仪放大并由其选通门选出感兴趣区域的脉冲信号，使之触发报警电路或传送给记录仪或报警器(30)，从而把探伤仪输出的全部脉冲都予以记录或报警，无论它们是超声信号，还是干扰脉冲。本发明的技术方案是，将市售超声探伤仪或专门制造的其它超声仪的输出，经图1所示的由框图(1)至(10)所组成的电脑化超声信号处理器(40)，由它先进行抗干扰甄别和缺陷数据处理。如果是缺陷信号，再向工业控制计算机(50)和/或记录仪/报警器传送，由后者记录、数据处理、报警和存档。需要多通道同时工作时，可如图2所示，用N台超声探伤仪(20)，配合同样数量的电脑化超声信号处理器(40)，和一台工业控制计算机(50)组成N个通道的超声探伤信号处理装置。
在图1所示的超声探伤信号处理装置中，超声探伤仪(20)可选用任何有选通闸门的，符合系统设计要求的市售超声探伤仪或专用超声探伤仪。超声探伤仪(20)驱动超声探头(60)发射和接收超声波脉冲，经超声探伤仪(20)放大并由其选通门选出感兴趣区域的脉冲信号，选通闸门的输出脉冲送到电脑化超声信号处理器(40)。电脑化超声信号处理器(40)由峰值检波器(1)，幅度鉴别器(2)，第一可重触发单稳触发器(3)，双稳触发器1(4)，第二可重触发单稳触发器(5)，双稳触发器2(6)，模数变换器(7)，选通门(8)，锁存器(9)和单片计算机(10)组成。由超声探伤仪(20)输出的超声信号脉冲和干扰脉冲传送到电脑化超声信号处理器(40)的峰值检波器(1)，峰值检波器(1)将宽度极小的、形状很不规则的超声脉冲保持其峰值，直到超声探伤仪(20)的下一个同步脉冲将其释放，从而在峰值检波器(1)的输出端形成宽度适宜低速模数变换器处理的矩形脉冲，矩形脉冲幅度则与超声探伤仪(20)的输出脉冲相等。矩形脉冲同时送到模数变换器(7)，选通门(8)和幅度鉴别器(2)；由模数变换器(7)将其变换为数字量准备由单片计算机(10)进行处理；由受单片计算机(10)和锁存器(9)控制的选通门(8)，将符合缺陷特征的脉冲选出输出到记录仪/报警器(30)；同时，幅度鉴别器(2)只在输入的脉冲幅度超过给定阈值时才有输出，从而可抑制掉一部分幅度小到不需要记录的缺陷信号和干扰脉冲，幅度鉴别器(2)的输出一方面向单片计算机(10)发出中断申请(以下将称为AD中断)通知它去模数变换器(7)上取数据；一方面加到第一可重触发单稳触发器(3)的输入端，使其转入非稳态。该触发器的非稳态时间调到略大于超声探伤脉冲的间隔，如果在超声探伤脉冲的某次发射后出现了一次缺陷信号，则第一可重触发单稳触发器(3)转入非稳态，经过一个超声脉冲周期后，如果又有一个脉冲到来，则第一可重触发单稳触发器(3)把其非稳态再保持一个周期；如果没有脉冲到来，则稍过一会，它将结束其非稳态，输出一个下降沿。这个下降沿触发双稳态触发器(4)，使之向单片计算机(10)发出一次中断申请(以下称为组中断)，通知单片计算机(10)，一组脉冲结束，可以进行探伤仪信号的组处理、上述下降沿同时还触发第二可重触发单稳触发器(5)，使之转入非稳态，这一非稳态时间调节为略大于两组脉冲之间的间隔。与上述同理，到下组脉冲应该到达时没有脉冲到达，是第二可重触发单稳触发器(5)的非稳态结束条件，并产生一个下降沿，触发双稳触发器(6)，向单片计算机(10)发出一个中断申请(以下称为群中断)，表示一个缺陷的全部信号结束。
本发明的信号处理过程如下在材料或构件的超声探伤过程中，每一个缺陷都会引起一个有一定规则的脉冲序列，这个脉冲序列一般包括以下特征的全部或部分1.每个伤应有不小于必要脉冲组数的伤脉冲组数；2.每个组内应有不小于必要伤脉冲数的伤脉冲；3.组内伤脉冲幅度有上升过程。根据每一具体探伤对象的不同确定使用哪些特征及该特征的具体数据。由电脑化超声探伤信号处理器(40)把输入脉冲序列分成若干群和若干组，双稳态触发器(4)和(6)以中断申请的方式通知单片计算机(10)，哪些脉冲是一组，哪些组组成一群，单片计算机(10)在接受到足够的脉冲中断申请或组中断申请后，即按特征2和特征3判断，是否有幅度上升过程脉冲数是否足够，如果满足特征要求即予以保留，否则即是干扰，予以清除。单片计算机(10)接收到足够的组中断申请或群中断申请，即按特征1判断，符合者按缺陷处理，否则即予以清除；只有达到上述要求者才按缺陷处理，从而达到抗干扰且可记录缺陷参数的目的。
具体的处理流程如图3所示。图3的＂IPC中断＂中，单片计算机(10)通过接收从计算机(50)以中断方式送来的数据，设置工作参数和确定探伤对象是否处于探伤区内，如图3中的＂探伤程序＂所示，单片计算机(10)总处于检测探伤状态标志和等待处理来自各个中断源的中断申请的状态，从而保持对高速超声探伤的实时反应状态。如图3的＂AD＂中断所示，单片计算机(10)接收到AD中断后，即从模数变换器(7)读入并记录探伤仪输出脉冲的幅度，将脉冲计数加1。如图3的＂组中断＂所示，在组脉冲中断到来后，单片计算机(10)按特征2和特征3对本组脉冲进行甄别，如符合要求，本组记录有效；否则，已存储的脉冲和组记录无效，予以清除，即脉冲数和组计数均应置零。特征2要求的每个有效组脉冲中断之后，单片计算机(10)将组计数加1。一旦此计数达到特征1的要求，即可断定这的确是一个缺陷。此时，单片计算机(10)向工控计算机(50)以中断方式传送数据，并由工控计算机(50)显示缺陷的位置和信号幅度，或计算当量。为避免一组内脉冲数太多时可能造成的过度延误，增加了＂AD中断＂程序内的脉冲数和前沿甄别，并在符合条件时实时形成发中断申请标志，一个缺陷结束后，本装置将产生一个群中断，图3中的群中断处理程序即为此而设。
上述过程的时序可参见图4。图4中A脉冲序列为一个缺陷引起的超声信号；B，C，D和E分别为第一可重触发单稳触发器(3)，双稳触发器(4)，第二可重触发单稳触发器(5)和双稳触发器(6)输出端的波形；a脉冲序列为一些干扰脉冲，b，c，d，和e则分别为此时上述各点的波形。本发明通过硬件与软件的结合，提供了灵活、高速的抗干扰和伤记录手段。图4示出了一个缺陷的反射脉冲序列(A序列)和干扰脉冲序列(a序列)，如果使用普通的超声探伤仪，a脉冲序列将引起多次虚假报警；使用CN2167369Y专利，还将有一次虚假报警(第二组长脉冲序列)；若使用本发明的装置和方法，则A脉冲系列将被判为缺陷，而a脉冲系列将被判为干扰。由此例可以看到，本发明的抗干扰能力是很高的。
图1为本发明的原理框图；图2为本发明组成的多通道超声探伤信号处理装置原理图3为本发明的单片计算机程序流程图；图4为本发明装置各部分的信号电平示意图；图5为本发明实施例框图；现在结合上述各附图来进一步说明本发明的一个较好的具体实施例。如图5所示，本发明用于精密管材的高可靠性自动探伤，把被检测管材(71)置于机械传动装置(70)上，并由该装置输送作直线运动穿过超声探测区；该装置同样驱动四个超声探头(60)围绕被探管材高速旋转，从而实现声束对管材的螺旋扫描，超声探头(60)由四台超声探伤仪(20)的发射脉冲激励，产生超声脉冲，通过水介质进入被探管材(71)，由管材(71)中的缺陷反射的超声脉冲返回相应的超声探头(60)，再由超声探头变换为电脉冲，经超声探伤仪(20)放大、检波和闸门选通后，送到电脑化超声探伤信号处理器(40)。经电脑化超声探伤信号处理器(40)的甄别，干扰脉冲被清除，只有缺陷信号能通过信号处理装置，以数字信号形式进入工业控制计算机(50)。为避免一个超声探伤通道对其它通道的干扰，四个超声检测通道应同时工作。为此设置了一个同步发生器(76)，由工业控制计算机(50)控制或设定，它产生一个固定频率的脉冲序列，使四个通道同时发射超声脉冲。此外，除要求高精度、高可靠性外，精密管材探伤还要求保存包括缺陷大小和位置的记录，存入档案。为此设有端头变送器(72)及其接口(73)，旋转编码器(74)及其接口(75)。端头变送器(72)检测到管材(71)端头的位置，通过其接口(73)，以中断方式通知工控计算机(50)，一只管材的结束和另一只管材的开始。旋转编码器(74)的转轮随管材(71)的前进而旋转。从而将管材(71)的前进变成脉冲输出到旋转编码器(74)的接口(75)，后者以中断方式通知工控计算机(50)管材(71)当前的位置。电脑化超声信号处理器(40)可实时将缺陷信号传送给工控计算机(50)。工控计算机(50)在收到传送的超声信号后，立即根据上述管材位置信息，将伤信号显示并记录，从而实现高质量和高可靠性的超声探伤。
权利要求
1.一种单片计算机控制的超声探伤信号处理装置，它包含有超声探头、超声探伤仪、工控计算机和电脑化超声信号处理器，其特征在于所说的电脑化超声信号处理器是由峰值检波器(1)、幅度鉴别器(2)、第一可重触发单稳触发器(3)、双稳触发器1(4)、第二可重触发单稳触发器(5)、双稳触发器2(6)、模数变换器(7)、选通门(8)、锁存器(9)和单片计算机(10)组成，它由超声探伤仪(20)输出的信号脉冲和干扰脉冲传送到峰值检波器(1)，峰值检波器(1)将超声脉冲保持其峰值，直到超声探伤仪(20)的下一个同步脉冲将其释放，形成矩形脉冲同时送到模数变换器(7)，选通门(8)和幅度鉴别器(2)，由模数变换器(7)将其变换为数字量，供单片计算机(10)进行处理；由受单片计算机(10)和锁存器(9)控制的选通门(8)，将符合缺陷特征的脉冲选出输出到记录仪/报警器(30)；同时，幅度鉴别器(2)的输出一方面向单片计算机(10)发出中断申请，通知它去模数变换器(7)上取数据；一方面加到第一可重触发单稳触发器(3)的输入端，使其转入非稳态；该触发器的非稳态时间调到略大于超声探伤脉冲的间隔；如有脉冲输入，则第一可重触发单稳触发器(3)转入非稳态；在一个超声脉冲周期中，如又有一个脉冲到来，则第一可重触发器(3)把其非稳态再保持一个周期，如果没有脉冲到来，则它将结束其非稳态，触发双稳态触发器1(4)，使之向单片计算机(10)发出一次中断申请，通知单片计算机(10)进行组处理；上述可重触发单稳触发器同时还触发第二可重触发单稳触发器(5)，使之转入非稳态，其非稳态时间调节为略大于两组脉冲之间的间隔；同样地，到下一组脉冲应该到达时没有组脉冲到达，是第二可重触发单稳触发器(5)的非稳态结束条件，并触发双稳触发器(6)，向单片计算机(10)发出一个中断申请，一个缺陷的全部信号结束；单片计算机(10)在收到上述中断申请后或组脉冲中断数达到规定数后，向工控计算机(50)以中断方式传送缺陷信息。
2.按照权利要求1所说的超声探伤信号处理装置，其特征在于可以用多台超声探伤仪配合同样数量的电脑化超声信号处理器和一台工控计算机组成N个通道的超声探伤信号处理装置。
3.一种利用权利要求1所说超声探伤信号处理装置的抗干扰处理方法，其特征在于它的处理方法是在信号处理程序的控制下，根据每一具体探伤对象的不同确定使用哪些特征的具体数据，由电脑化超声探伤信号处理器(40)把输入脉冲序列分成若干群和若干组，双稳态触发器(4)和(6)以中断申请的方式通知单片计算机(10)，哪些脉冲为一组，哪些组组成为一群；单片计算机(10)在接收到足够的脉冲中断申请后，按下列三个特征的全部或一部份进行判断A.每个伤应有不小于必要脉冲组数的伤脉冲组数；B.每个组内应有不小于必要伤脉冲数的伤脉冲；C.组内前二个伤脉冲幅度有上升过程；单片计算机首先按特征B和特征C判断，是否有幅度上升过程，脉冲数是否足够；如果满足特征要求即予以保留，否则即是干扰，应予以清除；单片计算机(10)接收到足够的组中断申请或群中断申请，即按特征1判断，符合者按缺陷处理，否则即予以清除；只有达到上述要求者才按缺陷处理，从而达到抗干扰且可记录缺陷参数的目的。
全文摘要
本发明属于无损检测领域的超声检测技术,它主要由超声探头、超声探伤仪、电脑化超声信号处理器和工控计算机组成,其特点是利用单片计算机及相关的模数变换器、脉冲分组和分群电路等对超声探伤仪输出的脉冲进行分组和鉴别,要求符合每组脉冲个数达到必要值、具有幅度上升过程,及组数达到必要值三个特征的全部或其中部分时,才是缺陷。本发明的抗干扰性能较强;它压缩了数据量,便于形成高质量的多通道计算机探伤系统。
文档编号G01N29/04GK1183556SQ95107420
公开日1998年6月3日 申请日期1995年7月5日 优先权日1995年7月5日
发明者郭成彬, 黄振俨, 毛捷, 杨玺珍, 王秀芬, 张逸君 申请人:中国科学院声学研究所