专利名称：数字式超声波探伤仪及dac曲线制作、闸门内展宽方法
技术领域：
本发明涉及超声波探伤技术，尤其是一种数字式超声波探伤仪及DAC曲线制作、闸门内展宽方法。
背景技术：
利用超声波进行探伤是目前无损探伤领域普遍应用的一种探伤手段，是一种无损和无污染的探伤方法。其基本原理是利用超声波在被测材料中传播时，根据材料的缺陷所显示的声学性质对超声波传播的影响来探测其缺陷。根据此原理，利用超声波可以测量各种金属、非金属、复合材料等介质内的裂缝、气孔、夹杂等缺陷信息。超声波探伤仪是由具有压电晶片的探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元及控制单元所组成。超声发射电路单元所产生的瞬时高压脉冲，经该探头内的压电晶片而产生超声发射信号，该超声波发射信号在被测工件内传播，并携带工件的缺陷和介面信息返回探头，再经该压电晶片转换为电信号进入所述超声波接收单元进行放大滤波和显示。现有的超声波探伤仪多为模拟式，由分立元件和小规模集成电路组成，体积大、重量大，耗电大，探伤效率低，探伤数据不易保存，不能在速度、精度、分辨率、可靠性等方面达到令人满意的效果，应用起来很不方便。
随着现代工业对无损检测提出的高速度、高精度、高分辨力、高可靠性以及现场使用方便等要求，超声检测设备的自动化和仪器的小型化、数字化已成为发展方向。目前已出现一种数字化超声探伤仪，其构成如图1所示，除包括设有压电晶片的探头101、超声波发射电路单元102、超声波接收电路单元120以外，其控制单元是由单片微处理器111、接口电路单元115、键盘电路单元113和逻辑控制电路单元112所组成的单片微处理控制单元100。其中逻辑控制电路单元112是由多个小规模逻辑电路所组成，存在体积大、功耗高、可靠性低的缺点。超声波接收单元将所接收到的携带工件的缺陷和介面信号进行放大滤波，经单片微处理控制单元对采样数据进行处理和显示，进行探伤及生成距离波幅曲线。由于单片机的信号处理能力较弱，而随着对超声探伤信号定性、定量分析的进一步要求，它已不能满足现代社会对仪器设备数字化、信息化的需求。另外，现有的这种数字化超声探伤仪中的超声波发射电路(如图3所示)是由DC/DC电路、晶体管脉冲电路所组成，其中DC/DC电路是将低直流电压转变成直流高压，再经由晶体管开关和RC微分电路产生高压脉冲。其中的DC/DC电路十分庞大且功耗很大，不符合低功耗、小型化的要求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种由超大规模集成电路组成的数字式超声波探伤仪，该探伤仪体积小、重量轻，探伤效率高，可随时生成及显示回波幅度曲线，并可在完成探伤工作的同时有效保留探伤数据，以随时回放该数据；另外，本发明还可通过与计算机相连接，提供强大的数据处理能力。
本发明的另一目的是提供一种低功耗、小型化的发射电路的数字式超声波探伤仪。
本发明的再一目的还在于提供一种实时动态储存探伤数据的方法以及全范围动态DAC曲线的制作方法和观察回波幅度曲线的闸门内展宽方法。
为实现以上目的，本发明特提出以下技术方案一种数字式超声波探伤仪，包括探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元、控制电路及显示器，且该控制电路内设有单片微处理控制单元；其特征是设有数字信号处理器电路单元；该数字信号处理器电路单元包括存储器、数字信号处理器及显示电路，在该数字信号处理器电路单元与该超声波接收电路单元之间还连接有模数转换电路和采样数据缓存电路；其中超声波接收电路单元的输出通过模数转换电路和采样数据缓存电路接数字信号处理器；数字信号处理器接存储器，数字信号处理器与存储器接单片微处理控制单元；该超声发射电路单元所产生的瞬时高压脉冲，经该探头内的压电晶片而产生超声发射信号，该超声波发射信号在被测工件内传播，并携带工件的缺陷和介面信息返回探头，再经该压电晶片转换为电信号进入所述超声波接收单元进行放大滤波，经模数转换电路转换为数字信号、送至采样数据缓存电路缓存；数字信号处理器将缓存的数字信号取出，并将数字信号所代表的回波值经运算后生成回波幅度曲线经由显示电路送显示器显示。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是在数字信号处理器内部辟有主机接口和共享存储区，单片微处理器通过主机接口对数字信号处理器的共享存储区进行访问，进而实现对控制参数设定和命令发布；另一方面，数字信号处理器也可通过主机接口将共享存储区所存储的计算结果和运行状态反馈给单片微处理器。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该单片微处理控制单元还包括与单片微处理器相连接的逻辑控制电路、和键盘电路，逻辑控制电路负责控制系统的译码、采样电路和发射电路的逻辑时序控制，而键盘电路则与外部输入键盘相连接。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是与该数字信号处理器电路单元中的数字信号处理器连接液晶显示电路，并通过显示屏显示回波幅度曲线以进行探伤。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该单片微处理器单元内的单片微处理器还连接有电池电压监控电路、以及与外部的计算机或打印机相连接的接口电路单元。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述接口电路单元，采用RS232串行总线接口标准。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述的数字式超声波探伤仪，其特征是设有蜂呜报警器，根据控制单元的指令进行进波报警和失波报警。
一种数字式超声波探伤仪，包括探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元、控制电路及显示器，其特征是该超声波发射电路单元是由驱动电路与受该驱动电路控制的高压发生电路和脉冲形成电路所组成，其中该高压发生电路是由接于正、负低压电源之间的二开关及串接于二开关之间的电感所组成，该电感的一端接脉冲形成电路，该驱动电路控制二开关的通断。
所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该二开关是分别由P型开关管和N型开关管所构成的晶体管开关；该P型开关管的漏极接正电源，源极接电感，控制极接驱动电路；该N型开关管的漏极接负电源，源极接该电感的另一端，控制极接驱动电路的另一输出；该脉冲形成电路是由N型开关管和RC微分电路所构成；该N型开关管的漏极与该P型开关管的源极之间接有续流二极管。
一种数字式便携超声探伤仪的DAC曲线自动制作方法，其特征是通过闸门进行标定第一次缺陷回波，同时得到了该次缺陷回波与始发脉冲的间距，在进行下一个标定时，闸门自动移动到所关心的下一次缺陷回波，同时进行特征捕获，依次类推可得到所需深度范围的标定点，即可绘制DAC曲线。
一种数字式便携超声探伤仪的全范围动态DAC曲线的制作方法，其特征是首先由在采样序列中的位置得到特征点的位置、特征值、相应增益值，根据缺陷回波高度来调节增益以达到较好的信噪比而后再进行标定；并在当前显示区域内完成部分标定后，调节测量范围或移位延时继续标定更大范围的缺陷回波，从而使得DAC曲线的适用范围得到扩大。
一种观察回波幅度曲线的闸门内展宽方法，其特征是在展宽时，先从源样本序列S1(n)中截取对应当前显示范围的样本序列S2(n)或者根据当前测量范围提高物理AD采样率获得新的源样本序列S2(n)，然后再对S2(n)进行二次采样和特征捕获得到新的显示序列D2(m)，这样就可以尽可能的利用了源采样序列从而提供丰富的细节波形。本发明的优点在于，由于实现了数字化，本探伤仪能够利用计算机的强大数据处理功能，“快速、高精度、高分辨率地进行工件内部多种缺陷(如裂纹、夹杂、气孔等)的检测、定位、评估和诊断；可在完成探伤工作的同时有效地保留探伤数据，并可随时回放所保留的探伤数据；并且，由于采用了超大规模集成电路结构，使得本探伤仪体积小、重量轻、携带方便；本发明还通过低功耗设计来降低整机功耗，延长电池工作时间，方便野外作业；本数字式超声波探伤仪既可应用于实验室，也可应用于工程现�。谥圃煲怠⒏痔绷兑�、金属加工业、化工工业等需要进行缺陷检测和质量控制的领域都有广泛应用，还广泛应用于航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估。
图1为现有数字式超声波探伤仪的电路方框图。
图2为本发明的探伤仪的电路方框图。
图3为现有数字式超声波探伤仪中的发射单元的电路图。
图4为本发明的探伤仪的发射单元的电路图。
图5为本发明的探伤仪的超声波接收电路单元的电路方框图。
图6A-图6C为本发明的探伤仪的控制电路的详细电路图。
具体实施例方式
请看图2所示，为本发明的探伤仪方框图，本发明的数字式超声波探伤仪，包括探头101，该探头内设有压电晶片，该探伤仪的内部还包括有与该探头101相连接的超声波发射电路单元102和超声波接收电路单元120(包括前置放大电路103、程控增益电路104、滤波电路105)，阻尼选择和探头切换电路单元107，以及与所述的超声波发射电路单元102和超声波接收电路单元相连接的单片微处理控制单元100；其中单片微处理控制单元100主要包括单片微处理器MCU(Micro programmed Control Unit)111、逻辑控制电路单元112、键盘电路单元113、电池电压监控电路单元114、接口电路单元115，主要负责系统初始化、键盘响应、打印机驱动、与上位机的通讯等功能；为解决现有控制所采用的单片微处理器的信号处理能力的不足，本发明增设了数字信号处理器电路单元130；该数字信号处理器电路单元130包括存储器109、数字信号处理器DSP(Digital Signal Processing)108及显示电路110，在该数字信号处理器电路单元130与该超声波接收电路单元120之间还连接有模数转换电路106和采样数据缓存电路116；其中超声波接收电路单元120的输出通过模数转换电路106和采样数据缓存电路116接数字信号处理器108；数字信号处理器108接存储器109，数字信号处理器108接单片微处理控制单元100中的逻辑控制电路单元112和单片微处理器MCU111；存储器109接逻辑控制电路单元112。本发明的逻辑控制电路单元112采用大规模逻辑器件代替多个小规模逻辑器件，从而减小了体积和功耗并使可靠性大大提高。
单片微处理器111和数字信号处理器108之间相互协调，协同工作，在数字信号处理器108内部开辟有共享存储区1081、以及主机接口1082(HPI，HostPort Interface)，单片微处理器111通过主机接口1082对数字信号处理器DSP的共享存储区1081进行访问，进而实现对数字信号处理器的参数设定和命令发布；另一方面，数字信号处理器DSP也可通过HPI1082和共享存储区1081将计算结果和运行状态反馈给单片微处理器(MCU)111。本发明的这种组成使仪器的结构更加清晰，数据处理能力和控制能力更加强大。
图4为本发明数字式超声波探伤仪发射电路单元102的详细电路图。该超声波发射电路单元102是由驱动电路1021与受该驱动电路控制的高压发生电路和脉冲形成电路所组成，其中该高压发生电路是由接于正、负5V电源之间的二开关、串接于二开关之间的电感所组成，该电感的一端接脉冲形成电路，该驱动电路控制二开关的通断。在图4具体实施例中，该二开关是分别由P型开关管VQ2和N型开关管VQ1所构成的晶体管开关；该P型开关管VQ2的漏极接+5V电源，源极接电感L，控制极接驱动电路1021的OB；该N型开关管VQ1的漏极接-5V电源，源极接该电感的另一端，控制极接驱动电路的另一输出OA；该脉冲形成电路是由N型开关管VQ1和RC微分电路所构成；该N型开关管的漏极与该P型开关管的源极之间接有续流二极管V6。由于取消了现有超声波发射电路单元中庞大的的DC/DC高压发生器，因而使本发明的超声波发射电路单元具有低功耗、小体积的特点。其工作过程是驱动电路1021受逻辑控制电路单元112控制，使VQ1、VQ2导通，电流I由+5V电源经由VQ1、电感L、VQ2流向-5V电源，然后同时关断VQ1、VQ2，电感L中电流立即由I变为0，则电感两端将产生感生电压，当感生电压到达峰值的瞬间令VQ1导通，则RC微分电路输出一高压负脉冲。
该超声发射电路单元所产生的瞬时高压脉冲，经该探头内的压电晶片而产生超声发射信号，该超声波发射信号在被测工件内传播，并携带工件的缺陷和介面信息返回探头，再经该压电晶片转换为电信号进入所述超声波接收单元进行放大滤波，经模数转换电路转换为数字信号、送至采样数据缓存电路缓存；数字信号处理器将缓存的数字信号取出，并将数字信号所代表的回波值经运算后自动生成回波幅度曲线(A扫曲线)。
以下结合附图详述本发明探伤仪的工作过程将探头101与被测工件表面接触，通过超声发射电路单元102产生瞬时高压脉冲，该高压脉冲经过探头线到达探头的压电晶片(图中未示)，产生超声发射信号；超声波发射信号在被测工件内传播，并携带工件的缺陷和介面信息返回探头101，经过探头的压电晶片后转换为电信号进入本探伤仪的超声波接收单元，图5为超声波接收电路单元的电路方框图，因该图中的电路均为现有技术非本发明的改进，故仅提供方框图；并请结合图2所示，该超声波接收单元由三部分组成接收前置放大电路103、程控增益电路104、滤波电路单元105；其中接收前置放大电路103由第一级放大器、缓冲器、衰减器、及模拟开关组成，程控增益电路104在本实施例中实为第二级放大器，滤波电路105则包括滤波器和第三级放大器组成；前置级由三个通道组成分别为第一级放大器、缓冲器、衰减器，并通过模拟开关选通至第二级放大器。滤波器由三个滤波通道组成，分别为低频通道0.1-1MHz；中频通道0.5-4MHz；高频道道2-10MHz；第一级放大器和第三级放大器采用了电流型宽带放大器(MAX4180)，第二级放大器采用了ANALOG DEVICE公司的AD604。该超声波接收单元所接收的电信号经该超声波接收单元放大并滤波，然后输出给模数转换电路106，被转变为数字信号，再送至采样数据缓存电路116中暂时缓存；至此完成了信号的接收。
然后本探伤仪的数字信号处理器电路单元130将对缓存的数字信号进行数据处理工作，其中数字信号处理器(DSP)108将数字信号从采样数据缓存电路116中取出进行数据处理，将数字信号所代表的回波值经运算后生成回波幅度曲线，并同时送给液晶显示电路110；在本探伤仪的控制面板上设有显示屏(图中未示)，与该液晶显示电路110相连接，进行波形的实时动态地显示输出；存储器电路单元109则负责探伤数据的储存，使得本探伤仪可在完成探伤工作的同时有效地保留探伤数据，并根据用户的输入指令随时回放显示所保留的探伤数据。
本探伤仪的单片微处理控制单元100的控制核心为单片微处理器111，如前所述，它的外部连接有逻辑控制电路单元112、键盘电路单元113、电池电压监控电路单元114、和接口电路单元115，主要负责系统初始化、键盘响应、打印机驱动、与上位机的通讯等功能，实现对仪器系统的操作控制、电压监控、打印通讯和逻辑控制。其中，逻辑控制电路单元112负责控制系统的译码、采样电路的逻辑时序控制以及发射电路的逻辑时序控制。用户可通过键盘电路单元113进行波形存储方式、测量方式、测量单位(如可选择mm或inch为测量单位)、显示范围、显示标尺、扫描范围、增益、选择操作语言等等的设置。本发明还装有一个电池，电压监控电路单元114可对该电池状态进行实时监控，当电池电压不足时，可进行显示以告知用户及时更换电池或进行充电，这种显示方式可以是亮灯、发出声响、在显示屏上进行显示等等。本探伤仪的单片微处理器111还设有一个接口电路单元115，采用RS232串行总线接口标准，该接口可连接计算机或者打印机，供上位计算机控制操作仪器的探伤动作，也可以读取存储在超声波探伤仪中的波形数据和探伤参数，或者通过打印机输出。该探伤仪还设有一个蜂呜报警器(图中未示)，根据控制单元的指令进行进波报警和失波报警。
图6A-图6C公开了本发明的探伤仪的控制电路(单片微处理控制单元100和数字信号处理器电路单元130)的详细电路图。在本发明的较佳实施例中单片微处理器111采用WINBOND公司的W78LE516，这是一款低电压的51型单片机，工作电压为3.3V。在电路中作为系统整体控制、人机接口控制、打印通讯控制。其中地址端口AD0-AD7通过地址线接DSP逻辑控制电路，作为单片机的地址/数据复用总线；地址端口A12、A13、A14接逻辑控制电路，该信号同读写控制信号一起在逻辑控制电路内部进行译码，产生/CS_KB，/CS_CHA等片选信号；读信号/RD端口接DSP逻辑控制电路的读信号；写信号/WR端口接DSP逻辑控制电路的写信号；串口信号RXD、TXD端口接RS232串口，用作打印机接口、同PC的通讯接口。
数字信号处理器电路108采用美国德州仪器公司的TMS320VC5402PGE100，运算效率远远高于普通的单片机。在电路中，对数字化的超声信号依据信号处理算法进行滤波、增强以及识别处理。其中地址端口A0-A15、数据端口D0-D15通过地址线和数据线接采样数据缓存电路116；READY端口接显示电路110，作为SED1374的内部运行状态信号；/HDS1、/HDS2、HBIL、/HCNTL0、/HCNTL1、HR/W、/HCS及/HAS端口接单片微处理器111的对应端口，作为HPI接口的控制信号；/IOSTRB、/MSTRB、R/W、/IS、/DS、/PS及XF端口接逻辑控制电路单元112的对应端口，用作DSP的控制信号输出。该组信号在逻辑控制电路内部经过逻辑组合产生对DSP外设的各种片选、读、写控制信号。HP0-HD7端口接单片微处理器111，用作HPI接口的数据总线信号。
逻辑控制电路112是以CPLD(复杂可编程逻辑器件，Complex ProgrammableLogic Arrays)为中心的逻辑控制电路，系统的译码、采样电路的逻辑时序控制以及发射电路的逻辑时序控制都是由CPLD实现的，本实施例中选择的CPLD器件是ALTERA公司的EPM7128SQC100-10。其中AD0-AD6端口通过地址线接单片微处理器111的对应端口，是单片微处理器的数据/地址复用信号；AA12-AA14端口通过地址线接单片微处理器111的A12-A14，作为单片微处理器的高位地址线，用来译码；/INT_AD接数字信号处理器DSP用作采样结束中断，用来触发DSP对采样数据的读取操作；FIRE_TL、FIRE_TO端口接超声波发射电路单元中的驱动电路，控制超声发射电路的时序信号；/W_KB、/R_KB端口接键盘电路单元113，用作读写矩阵键盘；/RD_LCD、/WR_LCD、/CS_LCD接显示电路110，对SED1374进行读写控制操作；/WR、/RD接单片微处理器111，是单片微处理器的读写控制信号；ENCODE、PWRDN端口接模数转换电路106，在该信号的时序控制下进行模数转换；AK0-AK16通过地址线接采样数据缓存电路116，输出高速SRAM的地址信号；/SEL_BUF、/CS_BUF、/RD_BUF、/WR_BUF通过控制线接采样数据缓存电路116，传输高速SRAM的读写控制信号；A14-A19通过地址线接数字信号处理器108的对应端口，传输DSP的地址信号；R/W、/IS、/DS、/PS、/IOSTRB、/MSTRB及XF接DSP108，是DSP的读写控制信号。
显示电路110中的显示控制芯片为EPSON公司的SED1374，在电路中，它与DSP芯片通过DSP的数据总线相连接，并由CPLD控制读写操作。
超声波发射电路单元102中的关键器件是型号为TC426的驱动电路和型号为BSP298以及BSP315的场效应管。
超声信号采样是在CPLD的逻辑控制下进行工作的，其模数转换电路106采用芯片AD9057，本发明的模数转换电路106是采用相位合成技术的高速模/数转换电路，采用两次采样合成一批等效采样的方式，控制两次采样的控制信号相位偏差为180度，从而利用低速(40MHz)低成本的A/D采样器件，将系统超声模拟信号的采样速率提高到了80MHz，并具备了提高到更高采样速率(如160MHz、240MHz、320MHz或者更高，取决于复杂可变程逻辑器件的速度)的能力。从而提高了探伤分辨率。
该模数转换器在逻辑控制电路单元112的控制与时序信号控制下，将模拟超声信号采样转换为数字信号。转换速度为20-80MHz(系统根据声程自动调整)，转换精度为8位。其中ENCODE端口接逻辑控制电路单元112的采样时序控制端。采样时序由逻辑控制电路内部逻辑产生，采样的频率可以调节；PWRDN端口接逻辑控制电路单元112的电源控制端，当PWRDN＝1时，器件进入停止工作状态；PWRDN＝o时，器件进入工作状态。
模数转换之后的采样数据缓存电路116是高速SRAM，其型号为IS63LV102415。作用是在模数转换过程中，在逻辑控制电路单元112的控制与时序信号控制下，将ADC产生的数字信号进行缓冲存储；模数转换过程结束后，数字信号处理器DSP108可以将缓冲存储的数据读出，以便进行后续的数据处理。其中A0-A16端口接逻辑控制电路单元112，用作1SRAM的地址选择；DQ0-DQ7端口接模数转换电路106与数字信号处理器108，用作输入时，与模数转换电路的数据线连接；作输出时，与DSP的数据线连接；是SRAM数据输入输出的通道；片选信号/CS口，接逻辑控制电路单元112，当访问SRAM时，逻辑控制电路对地址进行译码使该信号有效；读信号/OE口，接逻辑控制电路单元112，对SRAM进行读操作时，逻辑控制电路使该信号有效；写信号/WR口接逻辑控制电路单元112，对SRAM进行写操作时，逻辑控制电路使该信号有效。
当然，上述各电路单元的芯片也可采用其他型号，只要能实现本发明的功能，都应包含在本发明的权利范围内。
另外，本探伤仪的探头(101)可以是一个或是多个，以适应实际工作的需要。该探伤仪还设有一个蜂呜报警器，根据控制单元的指令进行进波报警和失波报警。
本发明所提供的数字式超声探伤仪，由于控制电路中在单片微处理控制单元的基础上增加了数字信号处理器电路单元，使在传统的超声探伤仪的功能基础之上，结合数字式仪器的特点，添加了以下独特功能可实现自动或手动制作全范围动态DAC曲线、实现采样的闸门内展宽以及屏幕硬拷贝、边沿峰值测量方式、自动闸门、标尺功能、增益微步距、主子菜单的操作方式、菜单锁定、数据加锁、多国语言等。
所说的自动或手动制作全范围动态DAC曲线是指提供自动、手动两种制作DAC曲线和制作全范围动态DAC曲线。自动和手动两种方式分别表示两种不同的DAC标定点的获取途径，自动方式下根据多次回波的原理，通过闸门标定第一个点后自动移动闸门获取其余各点；手动方式是，各标定点的获取都必须手工移动闸门然后标定。DAC(Distance Amplitude Curve)的制作，一般是用不同深度的当量缺陷回波进行标定，然后将各标定点用曲线连接起来，用于评估某一深度缺陷的当量大小。闸门是用于选择关心区域，以进行缺陷回波的特征捕获，比如峰值捕获。手动方式下，需要先调节设置闸门到缺陷回波区域，而后获取峰值点，接着继续下一次缺陷回波标定。缺陷的多次回波相当于不同深度的当量缺陷回波，而各次回波之间的距离是等间距的，利用这一原理，可以进行自动获取特征点；通过闸门进行标定第一次缺陷回波，同时得到了缺陷回波间距，在进行下一个标定时，闸门自动移动到我们关心的下一次缺陷回波，同时进行特征捕获，依次类推可得到所需深度范围的标定点，即可绘制DAC曲线。另外，还可根据用户需要结合使用，先在自动方式下进行标定，而后在自动方式下进行其余点的标定。本发明所提供的数字式超声波探伤仪既可像现有超声波探伤仪一样实现手工制作DAC曲线，也可实现自动制作DAC曲线。
全范围动态DAC曲线是指，无论是在制作还是使用DAC曲线过程中，随着用户对显示范围及增益设置的修改，曲线也随之自动更正。
在DAC曲线的制作过程中，用户可以根据缺陷回波高度来调节增益以达到较好的信噪比而后在进行标定，意即动态制作DAC；还可全范围制作在当前显示区域内完成部分标定后，调节测量范围或移位延时继续标定更大范围的缺陷回波，从而使得DAC曲线的适用范围得到扩大。使用DAC曲线时，已标定好的DAC曲线可以随着增益和测量范围的变化做相应的修正。而传统的方法无论是在制作还是使用DAC曲线都是在固定的增益和测量范围内进行，这就需要根据增益和测量范围的不同，制作一系列分段的DAC曲线以备用。
本发明提供的全范围动态DAC曲线制作是首先由在采样序列中的位置得到特征点的位置、特征值、相应增益值，根据缺陷回波高度来调节增益以达到较好的信噪比而后再进行标定；并在当前显示区域内完成部分标定后，调节测量范围或移位延时继续标定更大范围的缺陷回波，从而使得DAC曲线的适用范围得到扩大。
本发明的数字式超声探伤仪，基于采样序列的闸门内展宽。可以很方便迅速的观察闸门范围内波形的丰富细节，以便于缺陷的评估；而且这些细节的波形数据来源于实际的采样数据，并非插值、拟合或其它信号处理方法所得。在某些应用中需要定性的对缺陷类型、甚至定量的对缺陷大小进行评估，这时就有必要将波形展开观察细节。传统方法是首先在较大的测量范围下调节移位延时到合适位置，而后再将测量范围缩小以观察波形细节；在本系统中，我们有效的利用了闸门起始和宽度来选取关心区域，然后通过快捷键将闸门内的波形进行放大达到我们观测细节的目的，这样操作起来就更加直观方便了。另外，实现的方法有两类基于显示样本序列D(m)进行拟合插值或基于采样序列S(n)。超声回波模拟信号经高速AD采样后形成采样序列S(n)，而后再根据显示的需要，对采样序列进行二次采样和特征捕获生成显示序列D(m)。展宽前、后采样序列分别为S1(n)、S2(n)，显示序列分别为D1(m)、D2(m)。若采用拟合插值的方法，D2(m)其利用的是D1(m)中的部分样本，其余样本通过算法获�。⑽丛黾佑行畔ⅲ槐鞠低巢捎没诓裳蛄械姆桨福谡箍硎毕却釉囱拘蛄蠸1(n)中截取对应当前显示范围的样本序列S2(n)或者根据当前测量范围提高物理AD采样率获得新的源样本序列S2(n)，然后再对S2(n)进行二次采样和特征捕获得到新的显示序列D2(m)，这样就可以尽可能的利用了源采样序列从而提供丰富的细节波形。
本发明所提供的数字式超声探伤仪，还具有屏幕硬拷贝功能。即通过一键操作就可将屏幕显示全部打印出来，达到与通常报表打印不同的“所见机所得”效果。屏幕硬拷贝是依照屏幕的当前显示来进行打�。壮啤八此谩�。在实现的过程上，两者也有很大的区别。报表打印是根据波形显示序列D(m)将波形在打印纸上绘制出来，并且将当前设定的探伤参数和数据处理的结果在打印纸上列表绘制出来，所需数据源就是波形显示序列D(m)、当前设定的探伤参数和数据处理的结果；对于屏幕硬拷贝，仅仅是将用于屏幕显示的显示缓存中的数据直接复制打印出来，数据源就是显存里的数据。比较而言，前者所需数据量较�。蛴”喑滔喽愿丛樱欢笳咚璧南源媸萘拷洗螅喑讨恍枋莞粗葡喽约虻�。
本发明所提供的数字式超声探伤仪，可提供独特的数据存储功能。首先可选择波形存储方式还是厚度值存储方式，波形方式下，存储当前A扫波形以及当前参数设置，此时可打印探伤报告；厚度值方式下，可存储一组厚度值，此时可打印测厚报告。另外厚度存储是采用动态存储的机制，100组共10000个厚度值，每一组最多可存储10000个厚度值。依据波形和厚度存储方式各自的特点采用静态、动态结合的存储方案。波形方式下，由于数据组长度相同，故采取静态存储方法。
本发明所提供的数字式超声探伤仪，可提供一种全新的闸门逻辑方式——自动方式。即在进波报警的基础上可以将波形曲线自动冻结在屏幕上，以方便用户捕获缺陷回波避免遗漏。
闸门逻辑主要是用于评估缺陷的当量大�。毕莼夭ǖ母叨纫欢ㄒ庖迳媳碚髯湃毕莸拇笮。呒薪ūň褪Рūň郑浇ūň饧丛谡⒚欧段谌羧毕莼夭úㄐ胃哂谡⒚诺母叨龋蚪斜ň环粗舻陀谡⒚鸥叨冉斜ň蚴鞘Рūň�。但传统的闸门逻辑下，扫查过程中当发现伤波并报警时，一般探头已离开了缺陷部位，当前显示也未必正好是缺陷回波；基于此本系统提供自动方式，一旦发现满足要求的缺陷回波则在报警的同时将波形冻结在显示屏上以便观测分析。
本发明所提供的数字式超声探伤仪，可提供增益微步距。由此可使波形的变化在增益调节的过程中更加细微、更加连续平滑。通常探伤系统的增益步距取决于程控放大的控制精度，受程控放大芯片及其控制输入D/A芯片的局限，为了获得更细微的增益调节效果，本系统在硬件实现的最小增益步距基础上采用LUT(Look-Up Table)技术来实现更小的增益步距。所谓LUT就是将硬件实现的最小增益步距根据需要进行分剖，然后将分割产生的中间增益对应的放大倍数列成表以便查询。
权利要求
1.一种数字式超声波探伤仪，包括探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元、控制电路及显示器，且该控制电路内设有单片微处理控制单元；其特征是设有数字信号处理器电路单元；该数字信号处理器电路单元包括存储器、数字信号处理器及显示电路，在该数字信号处理器电路单元与该超声波接收电路单元之间还连接有模数转换电路和采样数据缓存电路；其中超声波接收电路单元的输出通过模数转换电路和采样数据缓存电路接数字信号处理器；数字信号处理器接存储器，数字信号处理器与存储器接单片微处理控制单元；该超声发射电路单元所产生的瞬时高压脉冲，经该探头内的压电晶片而产生超声发射信号，该超声波发射信号在被测工件内传播，并携带工件的缺陷和介面信息返回探头，再经该压电晶片转换为电信号进入所述超声波接收单元进行放大滤波，经模数转换电路转换为数字信号、送至采样数据缓存电路缓存；数字信号处理器将缓存的数字信号取出，并将数字信号所代表的回波值经运算后生成回波幅度曲线经由显示电路送显示器显示。
2.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是在数字信号处理器内部辟有主机接口和共享存储区，单片微处理器通过主机接口对数字信号处理器的共享存储区进行访问，进而实现对控制参数设定和命令发布；另一方面，数字信号处理器也可通过主机接口将共享存储区所存储的计算结果和运行状态反馈给单片微处理器。
3.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该单片微处理控制单元还包括与单片微处理器相连接的逻辑控制电路、和键盘电路，逻辑控制电路负责控制系统的译码、采样电路和发射电路的逻辑时序控制，而键盘电路则与外部输入键盘相连接。
4.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是与该数字信号处理器电路单元中的数字信号处理器连接液晶显示电路，并通过显示屏显示回波幅度曲线以进行探伤。
5.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该单片微处理器单元内的单片微处理器还连接有电池电压监控电路、以及与外部的计算机或打印机相连接的接口电路单元。
6.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述接口电路单元，采用RS232串行总线接口标准。
7.如权利要求1所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述的数字式超声波探伤仪，其特征是设有蜂呜报警器，根据控制单元的指令进行进波报警和失波报警。
8.一种数字式超声波探伤仪，包括探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元、控制电路及显示器，其特征是该超声波发射电路单元是由驱动电路与受该驱动电路控制的高压发生电路和脉冲形成电路所组成，其中该高压发生电路是由接于正、负低压电源之间的二开关及串接于二开关之间的电感所组成，该电感的一端接脉冲形成电路，该驱动电路控制二开关的通断。
9.如权利要求8所述的数字式超声波探伤仪，其特征是所述的数字式超声波探伤仪，其特征是该二开关是分别由P型开关管和N型开关管所构成的晶体管开关；该P型开关管的漏极接正电源，源极接电感，控制极接驱动电路；该N型开关管的漏极接负电源，源极接该电感的另一端，控制极接驱动电路的另一输出；该脉冲形成电路是由N型开关管和RC微分电路所构成；该N型开关管的漏极与该P型开关管的源极之间接有续流二极管。
10.一种数字式便携超声探伤仪的DAC曲线自动制作方法，其特征是通过闸门进行标定第一次缺陷回波，同时得到了该次缺陷回波与始发脉冲的间距，在进行下一个标定时，闸门自动移动到所关心的下一次缺陷回波，同时进行特征捕获，依次类推可得到所需深度范围的标定点，即可绘制DAC曲线。
11.一种数字式便携超声探伤仪的全范围动态DAC曲线的制作方法，其特征是首先由在采样序列中的位置得到特征点的位置、特征值、相应增益值，根据缺陷回波高度来调节增益以达到较好的信噪比而后再进行标定；并在当前显示区域内完成部分标定后，调节测量范围或移位延时继续标定更大范围的缺陷回波，从而使得DAC曲线的适用范围得到扩大。
12.一种观察回波幅度曲线的闸门内展宽方法，其特征是在展宽时，先从源样本序列S1(n)中截取对应当前显示范围的样本序列S2(n)或者根据当前测量范围提高物理AD采样率获得新的源样本序列S2(n)，然后再对S2(n)进行二次采样和特征捕获得到新的显示序列D2(m)，这样就可以尽可能的利用了源采样序列从而提供丰富的细节波形。
全文摘要
一种数字式超声波探伤仪，包括探头、超声波发射电路单元、超声波接收电路单元、控制电路及显示器，且该控制电路内设有单片微处理控制单元；特征是设有数字信号处理器电路单元，其包括存储器、数字信号处理器及显示电路，在数字信号处理器电路单元与超声波接收电路单元之间还接有模数转换电路和采样数据缓存电路；其中超声波接收电路单元的输出通过模数转换电路和采样数据缓存电路接数字信号处理器；数字信号处理器接存储器，数字信号处理器与存储器接单片微处理控制单元。优点是能快速、高精度、高分辨率地进行多种缺陷的检测、定位、评估和诊断；有效地保留探伤数据；且体积小、重量轻、功耗低。
文档编号G01N29/00GK1603813SQ0313478
公开日2005年4月6日 申请日期2003年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者香勇, 徐西刚, 彭雪莲, 施克仁 申请人:北京时代之峰科技有限公司, 清华大学
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