專利名稱：一種受控式多通道超聲波探傷裝置及其方法
技術領域：
本發明屬于工業超聲波探傷領域，特別涉及一種受控式多通道超聲波探傷裝置。
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。多通道儀器有一種用法是在一個探傷周期中，不是所有通道都工作一次，而是通過傳感器信號決定特定的通道工作，不同探傷周期可以由不同探頭工作。例如，在車輪在線多通道探傷中，鋼軌兩側安裝有數百個探頭，只有車輪通過位置的探頭工作，當車輪通過探傷區后，所有探頭都完成了探傷工作。以車輪在線多通道探傷為例，對于這種用法的傳統多通道超聲波探傷裝置包含車輪位置傳感模塊、前置多通道發射接收模塊和探傷儀主機，前置多通道發射接收模塊和車輪位置傳感模塊安裝在鋼軌和探頭附近，通過信號線與探傷儀主機連接。工作過程是當車輪通過某個探頭時，被對應該探頭的傳感器探測，并把探測信號傳輸到探傷儀主機，再由主機控制多通道發射接收模塊選擇對應通道工作，完成探傷工作。在這種裝置中，探傷儀發 射接收電路模塊和傳感器探測電路模塊是獨立與探傷儀主機連接的。從工作時間上來看，首先是傳感器信號傳輸到主機，再由主機把工作通道信號傳回到前端的多通道發射接收模塊。并且這兩種信號均為數字信號，通常采用的數字信號輸入輸出模塊的傳輸時間都在10us/bit以上。這種傳統裝置在使用中存在兩個問題(1)需要兩組數字信號傳輸線，增加了裝置的復雜性，降低了裝置的可靠性。(2)數字信號的往復傳輸占用了大部分探傷時間，降低了探傷速度，相應地也限制了探傷中列車的行駛速度。本發明采用的是一種受控式多通道超聲波探傷裝置，把傳感器探測電路和多通道發射接收電路結合起來，由傳感器探測信號直接控制多通道發射接收，可以有效地解決上述兩個問題。

發明內容
本發明為了解決上述問題，把傳感器探測電路和多通道發射接收電路結合起來，根據傳感器探測到的狀態直接控制對應探頭工作，然后把工作探頭的序號加載到探頭接收的超聲波模擬信號上，通過模擬信號線傳輸到探傷儀主機，解決傳統多通道超聲波探傷裝置需要數字信號輸入輸出線路、探傷速度低等問題。本發明采用的技術方案是，如圖I所示一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個探頭I和對應的至少一個傳感器2連接前端電路14，通過模擬信號傳輸線8連接后端電路15。所述的探頭I、傳感器2與前端電路14連接，前端電路14包括與探頭I連接的發射接收電路3、與傳感器2連接的傳感器探測電路4，發射接收電路3和傳感器電路4與前置FPGA電路5連接，發射接收電路3接收的超聲信號輸出與超聲信號放大電路6連接，超聲信號放大電路6和探頭序號編碼電路7連接。所述的后端電路15中的可控增益放大電路9通過模擬信號傳輸線8與前端電路14中的探頭序號編碼電路7連接，可控增益放大電路9與模數轉換電路11、主控FPGA電路10之間連接，主控FPGA電路10與探傷儀CPU及總線接口電路12連接。前端電路14中把傳感器探測電路4輸出信號直接輸入到前置FPGA電路5，再由前置FPGA電路5確定對應探頭I的相應發射接收電路3工作，同時由前置FPGA電路5控制探頭序號編碼電路7產生編碼方波與超聲信號放大電路6的輸出信號合成，通過模擬信號傳輸線8輸入到后端電路15的可控增益放大電路9中，合成信號通過模數轉換電路11生成數字信號，然后通過探傷儀CPU及總線接口電路12的控制程序的探頭序號解碼算法13得到探頭的序號和對應探頭的超聲信號，實現受控式多通道超聲波探傷。一種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，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掃描控制時段和接收傳輸時段，包含以下步驟I)在掃描控制時段,前置FPGA電路5通過掃描各個傳感器探測電路4的輸出信號決定哪一路發射接收電路3工作，由對應探頭I發射超聲波，完成掃描控制時段工作；
2)在接收傳輸時段，從工件內部返回的超聲信號由發射接收電路3接收，通過超聲信號放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號編碼電路7輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線8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11把探頭序號編碼信號和超聲信號數字化，并通過主控FPGA電路10傳輸到探傷儀CPU及總線接口電路12中，完成接收傳輸時段。所述的完成超聲信號接收傳輸時段后，對數字化的超聲信號和探頭序號編碼信號通過算法13進行解碼，把數字化超聲信號與探頭一一對應。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，只有在傳感器2探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態下。所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，是從時序上來講儀器在被動受控狀態下工作，進一步包括以下步驟A),儀器開始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號階段18 ;當探測到某一傳感器2工作信號后，選擇對應探頭I的發射接收電路3，然后產生一個標志信號19和探頭序號編碼信號20，并在一個固定時間后產生超聲波觸發信號21，使發射電路3產生超聲波22 ；B)，后端電路15接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數轉換電路11進行數字化，再利用探頭序號解碼算法13得到探頭序號和超聲信號；C)，然后前置FPGA電路5又進入掃描傳感器信號階段18，等待下一個工作周期。本發明受控式多通道超聲波探傷裝置不需要使用傳感器信號到探傷儀主機和探傷儀主機到超聲波發射接收電路之間的數字信號傳輸線路，簡化了裝置的結構，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。


圖I是本發明受控式多通道超聲波探傷裝置前后端電路工作原理框圖。圖2是本發明中的傳輸信號時序圖。
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，通常情況下，由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷裝置由探頭I、傳感器2、發射接收電路3、傳感器探測電路4、前置FPGA電路5、超聲信號放大電路6、可控增益放大電路9、主控FPGA電路10、模數轉換電路11和探傷儀CPU及總線接口電路12組成。在工業自動超聲探傷中，通常把發射接收電路3、前置FPGA電路5、超聲信號放大電路6設計成一個模塊，把傳感器探測電路4設計成另一個模塊，兩個模塊都安裝在與探頭I、傳感器2和工件相鄰的如端電路14,其余部分設計在后端電路15的探傷僅王機中。如后端電路部分除了使用模擬信號傳輸線8傳輸超聲信號外，還需要若干條數字信號傳輸線傳輸從傳感器探測電路到探傷儀主機和從探傷儀主機到超聲波發射接收電路的控制信號。本發明在前端電路14中把傳感器探測電路4和前置FPGA電路5與超聲波發射接 收電路3結合起來設計成一個模塊，增加了探頭序號編碼電路7，在前置FPGA電路5控制下產生的探頭序號編碼方波信號加載到傳輸超聲信號的模擬信號傳輸線8上，在后端電路15中把模擬信號數字化后，利用探頭序號解碼算法13，把接收到的超聲信號與探頭一一對應起來，實現受控式多通道超聲波探傷。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掃描控制時段和接收傳輸時段。在掃描控制時段，前置FPGA電路5通過掃描各個傳感器探測電路4的輸出信號決定哪一路發射接收電路3工作，由對應探頭I發射超聲波，完成掃描控制時段工作。在接收傳輸時段，從工件內部返回的超聲信號由發射接收電路3接收，通過超聲信號放大電路6放大后，與由前置FPGA電路5控制生成的探頭序號編碼電路7輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線8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11把超聲信號數字化，并通過主控FPGA電路10傳輸到探傷儀CPU12中，完成接收傳輸時段。參見附圖I和2，其中，圖2的說明16掃描控制時段，17接收傳輸時段，18掃描傳感器信號，19標志信號，20探頭序號編碼信號，21超聲波觸發信號，22超聲波信號。探傷儀中各部分工作的流程是儀器開始工作后，前端電路14中前置FPGA電路5工作在掃描傳感器信號階段18 ;當探測到某一傳感器2工作信號后，選擇對應探頭I的發射接收電路3,然后產生一個標志信號19和探頭序號編碼信號20,并在一個固定時間后產生超聲波觸發信號21，使發射電路3產生超聲波22 ;后端電路15接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數轉換電路11進行數字化，再利用探頭序號解碼算法13得到探頭序號和超聲信號。然后前置FPGA電路5又進入掃描傳感器信號階段18，等待下一個工作周期。從時序上來講，儀器工作在被動受控狀態工作狀態。本發明的有益效果在于多通道超聲波探傷儀把傳感器探測電路與超聲波前端發射接收電路結合起來，不需要使用數字信號傳輸控制信號，簡化了裝置的結構，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。
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
1.一種受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，由至少ー個探頭(I)和對應的至少ー個傳感器(2 )連接前端電路(14 )，通過模擬信號傳輸線(8 )連接后端電路(15 )。
2.根據權利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在干，所述的探頭(I )、傳感器(2)與前端電路(14)連接，前端電路(14)包括與探頭(I)連接的發射接收電路(3 )、與傳感器(2 )連接的傳感器探測電路(4 )，發射接收電路(3 )和傳感器電路(4 )與前置FPGA電路(5)連接，發射接收電路(3)接收的超聲信號輸出與超聲信號放大電路(6)連接，超聲信號放大電路(6)和探頭序號編碼電路(7)連接。
3.根據權利要求2所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，所述的前端電路(14)中的探頭序號編碼電路(7)與后端電路(15)中的可控增益放大電路(9)通過模擬信號傳輸線(8 )連接，可控增益放大電路(9 )與模數轉換電路(11)、主控FPGA電路(10 )之間連接，主控FPGA電路(10)與探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)連接。
4.根據權利要求I所述的受控式多通道超聲波探傷裝置，其特征在于，前端電路(14)中把傳感器探測電路(4)輸出信號直接輸入到前置FPGA電路(5)，再由前置FPGA電路(5)確定對應探頭(I)的相應發射接收電路(3)工作，同時由前置FPGA電路(5)控制探頭序號編碼電路(7)產生編碼方波與超聲信號放大電路(6)的輸出信號合成,通過模擬信號傳輸線(8)輸入到后端電路(15)的可控增益放大電路(9)中，合成信號通過模數轉換電路(11)生成數字信號，然后通過探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)的控制程序的探頭序號解碼算法得到探頭的序號和對應探頭的超聲信號，實現受控式多通道超聲波探傷。
5.基于權利要求I所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，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，把ー個周期的時間分為掃描控制時段和接收傳輸時段，其特征在于，包含以下步驟 1)、在掃描控制時段，前置FPGA電路(5)通過掃描各個傳感器探測電路(4)的輸出信號決定由其中一路發射接收電路(3)工作，并由對應探頭(I)發射超聲波，完成掃描控制時段工作； 2)、在接收傳輸時段，從エ件內部返回的超聲信號由發射接收電路(3)接收，通過超聲信號放大電路(6)放大后，與由前置FPGA電路(5)控制生成的探頭序號編碼電路(7)輸出信號合成，加載到模擬信號傳輸線(8)上，再通過可控増益放大電路(9)接收超聲信號，放大后通過模數轉換電路(11)把探頭序號編碼信號和超聲信號數字化，并通過主控FPGA電路(10)傳輸到探傷儀CPU及總線接ロ電路(12)中，完成接收傳輸時段。
6.根據權利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的完成超聲信號接收傳輸時段后，對數字化的超聲信號和探頭序號編碼信號通過算法進行解碼，把數字化超聲信號與探頭一一對應。
7.根據權利要求5所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在于，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，只有在傳感器(2)探知到需要探頭工作的情況下，裝置完成一個探傷工作周期，否則裝置工作在等待和查詢狀態下。
8.根據權利要求7所述的ー種受控式多通道超聲波探傷裝置的探傷方法，其特征在干，所述的多通道超聲波探傷裝置工作在一種被動受控模式下，是從時序上來講裝置在被動受控狀態下工作，進ー步包括以下步驟:A)，裝置開始工作后，前端電路(14)中前置FPGA電路(5)工作在掃描傳感器信號階段(18);當探測到某一傳感器(2)工作信號后，選擇對應探頭(I)的發射接收電路(3 )，然后產生一個標志信號(19 )和探頭序號編碼信號(20 )，并在一個固定時間后產生超聲波觸發信號(21)，使發射電路(3)產生超聲波(22)； B)，后端電路(15)接收到加載探頭序號編碼的超聲信號后，通過模數轉換電路(11)進行數字化，再利用探頭序號解碼算法(13)得到探頭序號和超聲信號； C)，然后前置FPGA電路(5)又進入掃描傳感器信號階段(18)，等待下一個工作周期。
全文摘要
本發明把傳感器探測電路和多通道發射接收電路結合起來，根據傳感器探測到的狀態直接控制對應探頭工作，然后把工作探頭的序號加載到探頭接收的超聲波模擬信號上，通過模擬信號線傳輸到探傷儀主機，提供一種受控式多通道超聲波探傷裝置，由至少一個探頭(1)和對應的至少一個傳感器(2)連接前端電路(14)，通過模擬信號傳輸線(8)連接后端電路(15)。不需要使用數字信號線傳輸多通道探傷控制信號，簡化了裝置的結構，增加了裝置的可靠性，提高了探傷速度，特別適用于由外部傳感器決定工作探頭的多通道超聲波探傷的情況。解決傳統多通道超聲波探傷裝置需要數字信號輸入輸出線路、探傷速度低等問題。
文檔編號G01N29/04GK102854249SQ20121036770
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