专利名称:具有计算机程控衰减器的超声探伤仪的制作方法
本发明属于超声检测技术设备。主要用于检测固体材料内的缺陷，并确定其位置和大小。
现有的常规超声探伤仪，接收通道的动态范围一般都小于30db，在超声探伤技术中，要使检测工作准确、灵活、得心应手，必须使接收通道的动态范围能达到80db以上。用手动衰减器对回波信号进行衰减，动态范围可扩大到80db以上，工作时，操作人员要频繁地转动衰减器，使超声脉冲保持在接收通道的线性范围内，费工、费时，给操作和随后的计算带来很大不便，并常导致错误。
在目前的超声探伤仪器设备中，解决这个问题的方法有两种1.采用对数放大器法，这种方法可把动态范围扩大到80db以上，但噪声电平高、测试精度低，已被淘汰。2.给线性放大器加上时间增益控制，此法无上述方法缺点，但动态范围只能做到40分贝，因而还要配有手动衰减器，每次检测，需把检测材料与接收通道动态范围密切配合好才能工作，也费时、费工、容易出错。这种方法可参看对比文献西德-美国，《回声》第31期“不寻常的超声系统-KB6000”〔Krautkramer-Branson CompanyAn Unusual Ultrasonic System-the KB6000，das/the ECHO(31)〕P61-P66。
本发明在现有的超声探伤仪内设置了“程控衰减器”。程控衰减器即计算机程序控制衰减器，是用探伤仪内设的微型计算机控制的“程序控制衰减器”自动控制接收通道的灵敏度，动态范围可达80db以上，同时噪声电平低、测量精度高(与放大器一致)。又我们在本发明中同时配备了“峰值检波器”、“声时测量器”、“模数转换器”、“键盘控制器”和“数值显示器”。它们与计算机相配合可直接测出伤的当量及位置，无需人工观测脉冲幅度，实现了测量、计算自动化，避免了观测误差、人工计算的麻烦和错误，所以精度高。如用在智能化超声探伤仪中因无需增设计算机，成本也较现有技术为低。
附图1是具有计算机程控衰减器的超声探伤仪电原理图。
图中1是峰值检波器，2是模数变换器(ADC)，3是微计算机，4是程控衰减器，5是声时测量器，6是数字显示器，7是键盘控制器，8是发射电路，9是同步电路，10是水平系统，11是延迟门，12是放大器，13是线性门，14是垂直放大器，15是显示系统，16是超声换能器。
附图2是程控衰减器电原理图。
图中1′是译码器，2′是驱动器、继电器组，3′是精密电阻网络。图中1′由组件74LS174和74LS32组成，2′由组件7406，4N33组成。
本发明是在由发射电路8，同步电路9，水平系统10，延迟门11，放大器12，线性门13，垂直放大器14，显示系统15，超声换能器16及手动衰减器组成的常规超声探伤仪内加上特别设置的峰值检波器1，ADC模数转换器2，计算机及接口部件3，程控衰减器4，声时测量器5，数值显示器6，和键盘控制器7，取代了手动衰减器，以实现自动控制探伤仪灵敏度和自动测量、自动计算伤当量。
常规超声探伤仪工作时，发射电路发射的电脉冲，经发射换能器转换为超声脉冲进入待测固体材料，超声脉冲遇到声阻抗不同发生反射后，由接收换能器接收，发射换能器可兼作接收换能器用，转换为电信号后，由放大器放大，经过线性门、垂直放大器、由显示系统进行显示。然后靠人工观察、测量、判断是否有缺陷，缺陷的大小和位置。由于回波信号幅度变化很大，而放大器动态范围很小，达不到回波信号幅度变化的要求，就需要设置许多衰减器，使回波信号经过衰减后再进入放大器，以保证回波信号工作在接收通道的线性区，使检测工作正常进行。本发明新增加的部分代替了人工的观测、判断，“手动衰减器”和人工测量、计算。保证了放大器的动态范围能与回波信号的幅度变化相配合，实现了测量自动化。工作原理如下由线性选通门13选出的回波信号，用峰值检波器1将其最大值
制，并保持此值直至下一个同步信号将其释放为止。在此期间“模-数变换器2”将此直流信号变换为数字信号并传给微型计算机3，后者根据这一信号的数值和予先存入的程序要求，计算出衰减器应取的值并发出指令，使“程控衰减器”4按此值执行。“程控衰减器”值的改变使加到放大器输入端信号幅度做相应的改变，线性门13选出的脉冲幅度值亦跟随改变。如此执行一次或若干次，必将使探伤仪的灵敏度处于予期的最佳状态。
声时测量系统5在探伤仪灵敏度进入所希望的状态时，测出所选出脉冲的传播时间(声时)，以数字量传给微计算机3，由后者根据程序要求算出必要的参数(声程、时差、距离、厚度、深度、水平距等)。
脉冲幅度(以及与之相关的伤当量)，声程(以及与之相关的深度、水平距等)和由二者与规定标准相比进行的判断由数字显示部分6显示在探伤仪的面板上。键盘则用来进行操作员与计算机之间的通讯。
具有计算机程序控制衰减器的超声探伤仪，其组成电路要求如下对于普通探伤仪所共有的电路，其要求与普通探伤仪电路指标相同，与发明部分有关的信号交换应符合TTL电平。
峰值检波器1，应满足以下要求(1)上升时间不大于0.1μs;(2)100μs内的幅度下降不超过1%;(3)最大输出幅度为5V。
模数变换器(ADC)2，可使用8bit的低速变换器，其变换时间低于100μs即可，如ADC 0804。
微型计算机3可采用Z84COO微处理器芯片，存储器采用CMOS，27C64，27C16和6116组成。程序部分占10K字，数据部分占4K字。接口部分，译码器等都用74HC系列IC集成块。
程控衰减器(4)是整个仪器的关键部分由译码器1′、驱动器、继电器组2′和精密电阻网络3′组成，其电原理图见附图2。为达到超声探伤仪所要求的相当高的精度(总误差≤1分贝)，开关元件为继电器触点，其接通电阻微不足道。所选用电阻的阻值精度应为0.1%级。整个衰减器以及衰减器各节之间应用镀银铜板制成的盒屏蔽和隔离。衰减器的输入及输出均应用射频电缆连结。数字地和模拟地之间亦应很好地隔离。上述结构的程控衰减器的精度在20兆赫的范围内可达±0.5分贝，响应时间不大于20ms。
控制衰减器的程序为在脉冲幅度超过满萤光屏时衰减器值增加6db;在脉冲幅度低于某一给定值时(如满萤光屏的40%时)衰减器值减小3db;在无伤脉冲时，衰减器值等于相应的起始灵敏度值。也可通过键盘，由操作者给予衰减器以指定值。这一程序固化在微计算机的只读存储器(ROM)内。
声时测量部分5，采用脉冲间隔计数法，由探伤仪来的同步脉冲开启计数闸门，被测脉冲关闭计数闸门。类似电路在通用频率计数器中广泛采用，时钟采用石英晶体振荡器，频率为30兆赫或32兆赫，这样测距标志相应金属中约0.1mm，精度符合一般测厚要求。上述的1、2、5部分，也可改用超高速模数(A/D)变换器代替。这样，则本探伤仪除具有上述功能外、尚可采集整个探伤波形并进而由微型计算机对此波形进行各种信号处理(如FFT、模式识别等等)。功能将有明显提高，如欲达到前述的测量精度，则A/D变换速度应达30MHz以上，字长8bit。
数字显示部分6由两排各四个字码管组成，可用发光二极管或液晶显示板。上排显示脉冲幅度(或相关的伤当量)，下排显示声时(或与之相关的距离等)，此外还可有8个表示不同内容和单位的数码管和三个表示各种判别结果的显示灯。
键盘控制7由16个键组成。除10个数码键、一个小数点键和回车键之外尚有一个非屏蔽中断键用以执行操作员的各种指令。按下非屏蔽中断键后，微计算机转入搜索键盘，执行键盘各键定义的各种功能程序。这些程序也固化在只读存储器中。
由于有了程控衰减器，本发明的超声探伤仪除可具有像其他智能探伤仪一样的智能外，还将具有在很大动态范围内自动测量以及与此有关的一系列附加功能。
要实现本发明，在结构上最好重新设计整个超声探声仪的组成。把衰减器部分以最短的通路接入接收放大器的输入端;衰减器分为两段，两段间为前置放大级。这时，常规探伤仪的手控衰减器、增益控制等部分均可取消，仪器面板上自由空间增大，整个探伤仪也可变得小巧。由于有数字式的声时测量和幅度测量，仪器电路可以简化，萤光屏可以缩小。所以，尽管增加了微计算机、程控衰减器等一系列电路，整个探伤仪的体积和重量增加不会超过30%。
权利要求
1.一种由发射电路(8)，同步电路(9)，水平系统(10)，延迟门(11)，放大器(12)，线性门(13)，垂直放大器(14)，显示系统(15)，收发换能器(16)和手动衰减器组成的超声探伤仪，其特征在于在仪器内部设计装配了微计算机及由它控制的“程序控制衰减器”。
2.如权利要求
1所述的装置，其特征在于“微计算机控制的程控衰减器”是由峰值检波器(1)，模数转换器(2)，声时测量器(5)，微计算机及接口部件(3)，程控衰减器(4)，组成的迴路实现的。
3.如权利要求
2所述的装置，其特征在于程控衰减器(4)是由译码器(1′)，驱动器、继电器组(2′)和精密电阻网络(3′)组成的，以继电器触点作为网络的转换元件。
专利摘要
本发明属于超声检测技术设备，主要用于检测固体材料内的缺陷，并确定其位置和大小。本发明用内设的微计算机操纵的“程控衰减器”代替了手动衰减器。超声探伤仪内设的微计算机根据接收放大器输出端测得的超声信号幅度按预先设计的程序对输入端的衰减器实行控制，实现了接收通道动态范围可达80分贝以上，而又不必频繁转动衰减器的目的；又设置了计算机及与之相应的检测反馈部件，使本发明能实现测量自动化，提高超声检测速度，减小测量误差。
文档编号G01N29/04GK87102819SQ87102819
公开日1988年12月7日 申请日期1987年4月16日
发明者黄振俨, 郭成彬, 杨玺珍, 宋凤臣, 王秀秀, 严仁博 申请人:中国科学院声学研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan