專利名稱：一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統及方法
技術領域：
本發明屬于工業超聲波探傷和測量領域，特別是一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統及方法。
背景技術：
多通道超聲波探傷儀廣泛應用于工業自動化超聲波探傷中。常規的多通道超聲波探傷儀一般需要使用多條信號線來實現同步信號、控制信號和超聲信號的傳輸。其中，控制信號線主要用來控制多通道切換以及設置前置放大參數。控制信號線的數量與通道數量和前置放大級數直接相關。例如，一臺具有4級前置放大電路的32通道超聲探傷儀，需要使用5條線控制通道切換，使用2條線控制前置放大，再加I條同步信號線和I條超聲信號線，共需要9條傳輸線。但是在很多情況下，受到環境條件的限制，使用多條傳輸線十分困難， 甚至無法實現。例如，在儲氣井井筒腐蝕超聲波測量中，井深達350m，需要使用的陣列探頭通道數量超過30個，而連接前端儀器和主機所使用的鎧裝電纜能夠提供的信號傳輸線不超過2條，傳統的多信號傳輸方式無法使用。因此，本發明采用的單線傳輸信號技術具有十分重要的實用價值。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是要利用一條傳輸線實現多通道超聲波探傷中控制信號、同步信號和超聲信號的傳輸，解決多通道探傷儀在使用中傳輸信號線數量受到限制情況下的信號傳輸問題。如圖I所示，本發明采用的技術方案是一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統，由探頭I連接前端電路12，通過傳輸線連接后端電路13，所述的傳輸線6是單一的傳輸線。所述的前端電路12安裝在與探頭I和工件相鄰的，由多通道發射電路2、多通道接收放大電路3、基于FPGA的FPGA通道控制電路4組成；所述的后端電路13包括可控增益放大電路9、模數轉換電路10、基于FPGA的主控電路8和探傷儀CPU及總線接口電路11組成。在后端電路13中增加控制信號編碼電路7，把主控FPGA8產生的同步信號和控制信號編碼成方波信號加載到單一傳輸線6上，在前端電路12中增加控制信號解碼電路5，把接收到的方波信號處理后輸入到多FPGA通道控制電路4專用的FPGA中進行信號解碼，然后FPGA通道控制電路4進行通道切換至發射電路2和接收放大電路3，控制發射電路2和接收放大電路3工作，放大后的超聲信號再通過單一傳輸線6輸入到可控增益放大電路9中，實現單線傳輸同步信號、控制信號和超聲信號。—種多通道超聲波探傷單線傳輸信號的方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發射、接收和超聲信號采集的時間稱為一個工作周期，把一個周期的時間分為控制時段和接收時段，包含以下步驟(I)在控制時段，主控FPGA8產生的同步信號和控制信號編碼成方波通過信號編碼電路7加載到單一傳輸線6上，前端電路解碼電路5接收后通過前端FPGA通道控制電路4控制通道發射2超聲波，完成控制時段工作；(2)在接收時段，接收放大電路3根據前置放大級數放大超聲信號后加載到單一傳輸線6上，再通過可控增益放大電路9接收超聲信號，放大后通過模數轉換電路10把超聲信號數字化，并通過主控FPGA8傳輸到探傷儀CPUll中，完成接收時段。一個工作周期開始后，前端電路12中多FPGA通道控制電路4專用的FPGA工作在準備階段；后端電路13中的主控FPGA8發送同步信號和控制編碼信號；FPGA通道控制電路4根據解碼的控制信號進行通道控制和參數設置，然后產生一個超聲波觸發信號，使發射電路2產生超聲波；從主控FPGA8產生同步信號到前端電路產生觸發信號的時間是一個固定時間；此后，后端的可控增益放大電路9和模數轉換電路10開始工作，而前端FPGA通道控制電路4又進入準備階段，等待下一個工作周期。從時序上來講，主控FPGA8是主動工作狀態，前端FPGA通道控制電路4是被動工 作狀態，控制時段和接收時段相互不受影響。本發明多通道超聲波探傷儀使用一條線實現了同步信號、控制信號和超聲信號的傳輸，且不受通道數量的限制，簡化了儀器的結構，特別適用于通道數量多、傳播距離遠的情況。


圖I是本發明多通道超聲探傷儀前后端電路工作原理框圖。圖2是本發明中的單線傳輸信號時序圖。
具體實施例方式下面結合實施例進一步描述本發明。本發明的范圍不受這些實施例的限制，本發明的范圍在權利要求書中提出。參見附圖1，現有多通道超聲波探傷儀一般由探頭I、多通道發射電路2、多通道接收放大電路3、基于FPGA的FPGA通道控制電路4、可控增益放大電路9、模數轉換電路10、基于FPGA的主控電路8和探傷儀CPU及總線接口電路11組成。在工業自動超聲探傷中，通常把多通道發射電路2、多通道接收放大電路3和FPGA通道控制電路4設計成一個模塊，安裝在與探頭I和工件相鄰的前端電路12，其余部分設計在后端電路13的主控機器中。前后端電路部分使用控制信號線、同步信號線和模擬信號線連接。本發明在后端電路13中增加控制信號編碼電路7，把主控FPGA8產生的同步信號和控制信號編碼成方波信號加載到單一傳輸線6上，在前端電路12中增加控制信號解碼電路5，把接收到的方波信號處理后輸入到多FPGA通道控制電路4專用的FPGA中進行信號解碼，然后FPGA通道控制電路4進行通道切換至發射電路2和接收放大電路3，放大后的超聲信號再通過單一傳輸線6輸入到可控增益放大電路9中，實現單線傳輸同步信號、控制信號和超聲信號。多通道超聲波探傷儀完成一次發射、接收和超聲信號采集的時間稱為一個工作周期。把一個周期的時間分為控制時段和接收時段。在控制時段，主控FPGA8產生的同步信號和控制信號編碼成方波通過信號編碼電路7加載到單一傳輸線6上，前端電路解碼電路5接收后通過前端FPGA通道控制電路4控制通道發射2超聲波，完成控制時段工作。在接收時段，接收到的超聲信號首先通過接收放大電路3放大，然后加載到單一傳輸線6上，傳輸到后端電路13后再通過可控增益放大電路9放大，最后通過模數轉換電路10把超聲信號數字化，并通過主控FPGA8傳輸到探傷儀CPUll中，完成接收時段。參見附圖I和2，其中，圖2的說明14控制時段，15接收時段，16準備，17同步信號，18控制編碼信號，19超聲波觸發信號，20超聲波信號。探傷儀中各部分工作的流程是一個工作周期開始后，前端電路12中多FPGA通道控制電路4專用的FPGA工作在準備階段16 ;后端電路13中的主控FPGA8發送同步信號17 和控制編碼信號18 ；FPGA通道控制電路4根據解碼的控制信號進行通道控制和參數設置，然后產生一個超聲波觸發信號19，使發射電路2產生超聲波20 ;從主控FPGA8產生同步信號17到前端電路產生觸發信號19的時間是一個固定時間；此后，后端的可控增益放大電路9和模數轉換電路10開始工作，而前端FPGA通道控制電路4又進入準備階段16，等待下一個工作周期。從時序上來講，主控FPGA8是主動工作狀態，前端FPGA通道控制電路4是被動工作狀態，控制時段14和接收時段15相互不受影響。本發明的有益效果在于多通道超聲波探傷儀使用一條線實現了同步信號、控制信號和超聲信號的傳輸，且不受通道數量的限制，簡化了儀器的結構，特別適用于通道數量多、傳播距離遠的情況。以上參照附圖對本申請的示例性的實施方案進行了描述。本領域技術人員應該理解，上述實施方案僅僅是為了說明的目的而所舉的示例，而不是用來進行限制，凡在本申請的教導和權利要求保護范圍下所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本申請要求保護的范圍內。
權利要求
1.一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統，由探頭(I)連接前端電路(12)，通過傳輸線連接后端電路(13)，其特征在于，所述的傳輸線(6)是單ー的傳輸線。
2.根據權利要求I所述的ー種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統，其特征在于，所述的前端電路(12)安裝在與探頭(I)和エ件相鄰的，由多通道發射電路(2)、多通道接收放大電路(3 )、基于FPGA的FPGA通道控制電路(4 )組成；所述的后端電路(13 )包括可控增益放大電路(9 )、模數轉換電路(IO )、基于FPGA的主控電路(8 )和探傷儀CPU及總線接ロ電路(11)組成。
3.根據權利要求2所述的ー種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統，其特征在干，在后端電路(13)中增加控制信號編碼電路(7)，把主控FPGA (8)產生的同步信號和控制信號編碼成方波信號加載到單一傳輸線(6)上，在前端電路(12)中增加控制信號解碼電路(5)，把接收到的方波信號處理后輸入到多FPGA通道控制電路(4)專用的FPGA中進行信號解碼，然后FPGA通道控制電路(4)進行通道切換，控制發射電路(2)和接收放大電路(3)工作，放大后的超聲信號再通過單ー傳輸線(6)輸入到可控增益放大電路(9)中，實現單線傳輸同步信號、控制信號和超聲信號。
4.一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號的方法，多通道超聲波探傷儀完成一次發射、接收和超聲信號采集的時間稱為ー個工作周期，其特征在干，把ー個周期的時間分為控制時段和接收時段，包含以下步驟 (1)在控制時段，主控FPGA(S)產生的同步信號和控制信號編碼成方波通過信號編碼電路(7)加載到單一傳輸線(6)上，前端電路解碼電路(5)接收后通過前端FPGA通道控制電路⑷控制通道發射⑵超聲波，完成控制時段工作； (2)在接收時段，接收到的超聲信號首先通過接收放大電路(3)放大，然后加載到單一傳輸線(6)上，傳輸到后端電路(13)后再通過可控増益放大電路(9)放大，最后通過模數轉換電路(10)把超聲信號數字化，并通過主控FPGA (8)傳輸到探傷儀CPU (11)中，完成接收時段。
5.根據權利要求4所述的ー種多通道超聲波探傷單線傳輸信號的方法，其特征在干，ー個工作周期開始后，前端電路(12)中FPGA通道控制電路(4)專用的FPGA工作在準備階段；后端電路(13)中的主控FPGA (8)發送同步信號和控制編碼信號；FPGA通道控制電路(4)根據解碼的控制信號進行通道控制和參數設置，然后產生一個超聲波觸發信號，使發射電路(2)產生超聲波；從主控FPGA (8)產生同步信號到前端電路產生觸發信號的時間是ー個固定時間；此后，后端的可控增益放大電路(9)和模數轉換電路(10)開始工作，而前端FPGA通道控制電路(4)又進入準備階段，等待下ー個工作周期。
6.根據權利要求5所述的ー種多通道超聲波探傷單線傳輸信號的方法，其特征在干，從時序上來講，主控FPGA (8)是主動工作狀態，前端FPGA通道控制電路(4)是被動工作狀態，控制時段和接收時段相互不受影響。
全文摘要
本發明提供一種多通道超聲波探傷單線傳輸信號系統及方法，由探頭(1)連接前端電路(12)，通過單一傳輸線(6)連接后端電路(13)。在后端電路(13)中增加控制信號編碼電路(7)，把主控FPGA(8)產生的同步信號和控制信號編碼成方波信號加載到單一傳輸線(6)上，在前端電路(12)中增加控制信號解碼電路(5)，把接收到的方波信號處理后輸入到多FPGA通道控制電路(4)專用的FPGA中進行信號解碼，然后FPGA通道控制電路(4)進行通道切換至發射電路(2)和接收放大電路(3)，放大后的超聲信號再通過單一傳輸線(6)輸入到可控增益放大電路(9)中，實現單線傳輸同步信號、控制信號和超聲信號。
文檔編號G01N29/22GK102854253SQ201210367150
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者滕永平, 吳迪, 張樂 申請人:北京交通大學, 北京波易達成像技術有限公司