一種超聲波、渦流和emat一體化無(wú)損測(cè)厚儀及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波、渦流和EMAT一體化無(wú)損測(cè)厚儀及其方法，其包括激勵(lì)模塊、接收預(yù)處理模塊、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、自校驗(yàn)?zāi)K、微控制器MCU、CPU模塊、供電模塊、CPU外圍顯示存儲(chǔ)，所述激勵(lì)模塊與接收預(yù)處理模塊連接，所述接收預(yù)處理模塊與模擬開關(guān)連接，所述模擬開關(guān)與A/D轉(zhuǎn)換器連接、所述A/D轉(zhuǎn)換器與微控制器MCU連接，所述自校驗(yàn)?zāi)K與微控制器MCU連接，所述激勵(lì)模塊包括超聲波激勵(lì)模塊、渦流激勵(lì)模塊和EMAT激勵(lì)模塊；所述接收預(yù)處理模塊包括超聲波接收預(yù)處理模塊、渦流接收預(yù)處理模塊和EMAT接收預(yù)處理模塊。本發(fā)明通過(guò)超聲波、渦流和EMAT三者結(jié)合，增加了測(cè)量結(jié)果的可比性，減低了單一方法測(cè)量時(shí)的誤判率，同時(shí)克服了單一方法測(cè)量的局限性。
【專利說(shuō)明】 —種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚儀及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及ー種超聲、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚儀及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期使用的帶包覆層的鐵磁性承壓管道、容器等會(huì)因腐蝕產(chǎn)生壁厚減薄，當(dāng)壁厚減薄達(dá)到一定程度時(shí)，可能會(huì)失效從而導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致人員傷亡事故發(fā)生。因此，對(duì)油、水、氣等介質(zhì)的運(yùn)輸管道等設(shè)備產(chǎn)品的厚度測(cè)量至關(guān)重要。同時(shí)在エ業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中，需要對(duì)設(shè)備或者產(chǎn)品的厚度進(jìn)行快捷的、隨機(jī)的測(cè)量，大型設(shè)備或在線系統(tǒng)難以滿足要求，這就需要便攜式測(cè)厚儀來(lái)完成，以實(shí)現(xiàn)高精度、安全可靠的無(wú)損測(cè)量。
[0003]目前的測(cè)厚儀均有著各自優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，超聲波測(cè)厚技術(shù)方向性好、穿透能力強(qiáng)、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小、能量高、有聚焦與發(fā)散作用、應(yīng)用廣泛、適應(yīng)性強(qiáng)，但測(cè)量時(shí)需要耦合劑(水、甘油等)，易造成環(huán)境污染，同時(shí)要求超聲波傳感器和金屬本體間耦合良好，需要打磨掉金屬腔體外壁的防腐涂，拆除外包覆層，易造成原包覆結(jié)構(gòu)損壞，操作不便，影響了超聲測(cè)厚效率，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)際應(yīng)用中，適用于金屬、非金屬、復(fù)合材料等多種材料的測(cè)厚。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01020274870.5的實(shí)用新型專利《超聲測(cè)厚儀》，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120306354.05的實(shí)用新型專利《超聲波涂層測(cè)厚儀》，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120225836.3的實(shí)用新型專利《ー種超聲測(cè)厚儀》，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00920246432.5的實(shí)用新型專利《一種超聲波測(cè)厚儀》。
[0004]渦流測(cè)厚技術(shù)有著速度快、非接觸、頻譜寬、信息豐富、易于制造、檢測(cè)線路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但受趨膚效應(yīng)影響，不易檢測(cè)到試件較深層次的信息，受渦流傳感器激勵(lì)線圈的限制，對(duì)大面積大壁厚試件厚度檢測(cè)尚存在不足。渦流測(cè)厚根據(jù)覆層材料和基體材料的不同分為復(fù)合鍍層厚度測(cè)量、非磁性金屬上非導(dǎo)電層厚度測(cè)量和磁性金屬上非磁性覆層厚度測(cè)量三種。實(shí)際應(yīng)用中，主要用于測(cè)量鋁型材、鋁板、鋁管、鋁塑板、鋁エ件表面的氧化物或涂層測(cè)厚。如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120184897.X的實(shí)用新型專利《ー種新型電渦流傳感器測(cè)厚儀》，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120184916.9的實(shí)用新型專利《一種脈沖電渦流測(cè)厚儀》。
[0005]EMAT (電磁聲換能器)是ー種磁性材料中激勵(lì)和檢測(cè)超聲波的器件，它利用電磁感應(yīng)的原理，直接在被檢測(cè)體內(nèi)激發(fā)超聲波。該技術(shù)不需要耦合劑，也無(wú)需與金屬表面緊密接觸，實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，簡(jiǎn)化了操作，檢測(cè)靈敏度高，同時(shí)EMAT能靈活地改變所激發(fā)和接收的波摸，能對(duì)高溫、高速、涂覆狀態(tài)下的材料進(jìn)行檢測(cè)。EMAT主要基于洛倫茲カ和磁致伸縮效應(yīng)兩種機(jī)理研制。洛倫茲カ機(jī)理適用于金屬材料，對(duì)于鐵磁性材料而言，磁致伸縮效應(yīng)機(jī)理居于主導(dǎo)地位。所以基于洛倫茲カ機(jī)理的EMAT—般應(yīng)用于非鐵磁性材料(鋁、銅等)，鐵磁性材料的檢測(cè)主要采用磁致伸縮效應(yīng)機(jī)理的EMAT。目前該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了階段性研究，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?2222396.3《便攜式測(cè)厚儀》和中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810226405.1《電磁超聲測(cè)厚方法》采用了永磁鐵提供磁場(chǎng)，不便于對(duì)鐵磁性材料的厚度進(jìn)行測(cè)量。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?3206367.5《電磁超聲測(cè)厚儀》中的EMAT使用了 U形軟鐵，換能器尺寸較大，使用不便。
[0006]隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于航空航天、核電、船舶、石油、化工、天然氣、橋梁等重要エ業(yè)領(lǐng)域構(gòu)件的檢測(cè)要求也越來(lái)越高，單一功能的測(cè)厚技術(shù)已不能滿足社會(huì)需要，因此，需要一種多功能的測(cè)厚系統(tǒng)，采用多種不同測(cè)厚方法同時(shí)測(cè)厚，使測(cè)量結(jié)果更具有說(shuō)服力，避免僅采用一種測(cè)厚方法而導(dǎo)致的誤測(cè)，同時(shí)彌補(bǔ)單一功能檢測(cè)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的是在現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)的理論基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今的主流測(cè)厚技木，提出一種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚儀及其測(cè)厚方法，通過(guò)超聲波、渦流和EMAT三者結(jié)合，對(duì)同一試件厚度進(jìn)行無(wú)損測(cè)量時(shí)，提供三種測(cè)量方法，増加了測(cè)量結(jié)果的可比性，減低了単一方法測(cè)量時(shí)的誤判率，同時(shí)克服了単一方法測(cè)量的局限性，對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)自校驗(yàn)(效正)功能，克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚儀，其不同之處在于:其包括激勵(lì)模塊、接收預(yù)處理模塊、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、自校驗(yàn)?zāi)K、微控制器MCU、CPU模塊、供電模塊、CPU外圍顯示存儲(chǔ)，所述激勵(lì)模塊與接收預(yù)處理模塊連接，所述接收預(yù)處理模塊與模擬開關(guān)連接，所述模擬開關(guān)與A/D轉(zhuǎn)換器連接、所述A/D轉(zhuǎn)換器與微控制器MCU連接，所述自校驗(yàn)?zāi)K與微控制器MCU連接，所述微控制器MCU與CPU模塊連接，所述CPU模塊分別與顯示屏、通信接ロ、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接，所述激勵(lì)模塊包括超聲波激勵(lì)模塊、渦流激勵(lì)模塊和EMAT激勵(lì)模塊；所述接收預(yù)處理模塊包括超聲波接收預(yù)處理模塊、渦流接收預(yù)處理模塊和EMAT接收預(yù)處理模塊。
[0009]按以上方案，所述超聲波激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、高壓開關(guān)電路、超聲波傳感器組成，所述超聲波信號(hào)接收預(yù)處理模塊由前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與高壓開關(guān)電路連接，所述高壓開關(guān)電路與超聲波傳感器連接，所述超聲波傳感器與前置放大電路連接，所述前置放大電路與帶通濾波電路連接，所述帶通濾波電路與程控自動(dòng)增益電路連接。
[0010]按以上方案，所述渦流激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、渦流傳感器組成，渦流信號(hào)接收預(yù)處理模塊由檢波電路、平衡濾波電路和可調(diào)增益放大電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與功率放大器連接，所述功率放大器與渦流傳感器連接，所述渦流傳感器與檢波電路連接，所述檢波電路與平衡濾波電路連接，所述平衡濾波電路與可調(diào)增益放大電路連接。
[0011]按以上方案，所述EMAT激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、D類功率放大電路、匹配電路、電磁聲換能器EMAT組成，所述EMAT信號(hào)接收預(yù)處理模塊由匹配電路、前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與D類功率放大電路連接，所述D類功率放大電路與匹配電路連接，所述匹配電路與電磁聲換能器EMAT連接，所述電磁聲換能器EMAT與匹配電路連接，所述匹配電路與前置放大電路連接，所述前置放大電路與帶通濾波電路連接，所述帶通濾波電路與程控自動(dòng)増益電路連接。
[0012]按以上方案，所述超聲波傳感器設(shè)置在超聲探頭內(nèi)，所述超聲探頭為收發(fā)一體式，超聲波傳感器由雙壓電晶片構(gòu)成，一個(gè)晶片用于發(fā)射超聲波，另ー個(gè)晶片用于接受超聲波。[0013]按以上方案，所述渦流傳感器設(shè)置在渦流探頭內(nèi)，所述渦流探頭為收發(fā)一體式，渦流傳感器的外部均采用屏蔽式結(jié)構(gòu)，渦流傳感器由兩組線圈繞組構(gòu)成，ー組線圈繞組為發(fā)射線圈繞組，另ー組為接收線圈繞組，所述發(fā)射線圈繞組的輸入端與激勵(lì)模塊的輸出連接，所述接收線圈繞組與接受預(yù)處理模塊的輸入連接。
[0014]按以上方案，所述電磁聲換能器EMAT設(shè)置在EMAT探頭內(nèi)，所述EMAT探頭為收發(fā)一體式，電磁聲換能器EMAT的外部均米用屏蔽式結(jié)構(gòu)，電磁聲換能器EMAT由兩組線圈繞組構(gòu)成，一組線圈繞組為發(fā)射線圈繞組，另ー組為接收線圈繞組，所述發(fā)射線圈繞組的輸入端與激勵(lì)模塊的輸出連接，所述接收線圈繞組與接受預(yù)處理模塊的輸入連接。
[0015]一種超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚方法，其不同之處在于:其方法包括以下步驟:
步驟A)、在超聲波、渦流和EMAT三種無(wú)損測(cè)量模式中選擇ー種所要檢測(cè)的模式，將對(duì)應(yīng)探頭置于被測(cè)試件上；
步驟B)、通過(guò)微控制器MCU控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需特定頻率的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后激勵(lì)探頭發(fā)射端；
步驟C)、根據(jù)超聲波、渦流和EMAT各自的激勵(lì)原理，在探頭接收端感應(yīng)出電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)接收預(yù)處理模塊進(jìn)行拾取信號(hào)的處理；
步驟D)、將處理后得到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)(PU模塊運(yùn)算處理后將測(cè)量的試件厚度值顯示并存儲(chǔ)；
步驟E)、當(dāng)對(duì)同一試件分別采用超聲波、渦流、EMAT三種方法均測(cè)量完成吋，啟動(dòng)自校驗(yàn)程序，通過(guò)自校驗(yàn)?zāi)K對(duì)三種無(wú)損測(cè)厚方法的測(cè)量結(jié)果彼此分別比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法的主動(dòng)自校驗(yàn)功能。
[0016]本發(fā)明通過(guò)微控制器MCU控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生超聲測(cè)厚、渦流測(cè)厚、EMAT測(cè)厚所需特定頻率的激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功率放大后激勵(lì)探頭線圈，將探頭線圈接收到的信號(hào)送入相應(yīng)的檢測(cè)通道，使信號(hào)加載到相應(yīng)的超聲波、渦流、EMAT傳感器上，使各傳感器完成含有關(guān)被檢試件厚度信息信號(hào)的拾取。信息拾取后送入超聲、渦流、EMAT的接收預(yù)處理模塊進(jìn)行拾取信號(hào)的處理，將處理后得到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)，送入A/D轉(zhuǎn)換器，將表示試件厚度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，應(yīng)CPU需求將測(cè)量數(shù)據(jù)送入CPU模塊。CPU模塊將測(cè)量的試件厚度值在顯示器上顯示出來(lái)并存儲(chǔ)，并與閾值作比較，若超出范圍則啟動(dòng)報(bào)警單元。每當(dāng)對(duì)同一試件分別采用超聲波、渦流、EMAT三種方法的測(cè)量完畢后，啟動(dòng)自校驗(yàn)程序，將三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)送入自校驗(yàn)電路進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)校驗(yàn)器對(duì)自校驗(yàn)電路輸出值進(jìn)行兩兩比較判別，若三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)，則不作處理；若某個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，校驗(yàn)器給出差錯(cuò)指示，送入微控制器MCU進(jìn)行誤差通道的校準(zhǔn)處理。該自校驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的差錯(cuò)指示、誤差通道和校準(zhǔn)完成指令同步送入CPU模塊，在顯示器顯示通知用戶。
[0017]基于以上技術(shù)方案，本發(fā)明有如下的優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明綜合超聲波、渦流和EMAT檢測(cè)為一體，對(duì)同一試件厚度進(jìn)行測(cè)量時(shí)，三種方法可供選擇，降低了単一方法測(cè)量時(shí)的誤判率，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確率與可信度；
2、本發(fā)明通過(guò)自校驗(yàn)?zāi)K對(duì)三種無(wú)損測(cè)厚方法的測(cè)量結(jié)果彼此任意比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法的主動(dòng)自校驗(yàn)(效正)功能，極大地提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；
3、本發(fā)明綜合超聲波、渦流和EMAT檢測(cè)為一體，相較于各自分離的超聲波測(cè)厚儀、渦流測(cè)厚儀、EMAT測(cè)厚儀，采用ー套CPU模塊、存儲(chǔ)芯片、顯示屏、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及機(jī)殼等，大大節(jié)省了設(shè)備的成本，實(shí)現(xiàn)了資源的共享和技術(shù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；
4、本發(fā)明集成度高、體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)便、便于攜帶，針對(duì)不同試件，有三種無(wú)損檢測(cè)方法可供選擇，具有較為廣泛的應(yīng)用，克服了単一方法無(wú)損檢測(cè)的局限性，適用于各種惡劣環(huán)境下使用；
5、本發(fā)明通過(guò)本地和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔存儲(chǔ)，可隨時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)對(duì)試件的健康狀況進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)等性能分析；
常規(guī)的測(cè)厚儀只采用一種測(cè)厚技木:如傳統(tǒng)的壓電超聲測(cè)厚技術(shù)，需要耦合劑，易造成環(huán)境污染，同時(shí)需要進(jìn)行打磨等操作，影響了效率，限制了應(yīng)用領(lǐng)域。渦流測(cè)厚技術(shù)受趨膚效應(yīng)影響，不易檢測(cè)到試件較深層次的信息，受渦流傳感器激勵(lì)線圈的限制，對(duì)大面積壁厚檢測(cè)尚有不足。這些測(cè)厚儀測(cè)量方法単一，測(cè)量結(jié)果沒(méi)有可比性，因此，準(zhǔn)確度難以定量化?；诖?本發(fā)明將超聲、渦流、EMAT三種技術(shù)融為一體，通過(guò)三種方法對(duì)試件進(jìn)行檢測(cè),增加了測(cè)量結(jié)果的可比性，減低了単一方法測(cè)量時(shí)的誤判率，對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法實(shí)現(xiàn)主動(dòng)自校驗(yàn)(效正)功能，實(shí)現(xiàn)了資源的共享和技術(shù)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，較好地避免了漏檢和誤檢，極大提高了測(cè)厚的準(zhǔn)確性與可靠性。是ー種更為高效、可靠、安全的無(wú)損測(cè)厚方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例自校驗(yàn)算法流程圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例一種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚方法的流程說(shuō)明圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例超聲波測(cè)厚原理框圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例渦流測(cè)厚原理框圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例EMAT測(cè)厚原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0020]如圖1-圖6所示，包括激勵(lì)模塊1、接收預(yù)處理模塊2、模擬開關(guān)3、A/D轉(zhuǎn)換器4、自校驗(yàn)?zāi)K5、微控制器MCU6、CPU模塊7、供電模塊8等。激勵(lì)模塊I與接收預(yù)處理模塊2連接，接收預(yù)處理模塊2與模擬開關(guān)3連接，模擬開關(guān)3與A/D轉(zhuǎn)換器4連接、A/D轉(zhuǎn)換器4與微控制器MCU6連接，自校驗(yàn)?zāi)K5與微控制器MCU6連接，微控制器MCU6與CPU模塊7連接，CPU模塊7與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9、顯示屏10、通信接ロ 11、報(bào)警模塊12等外圍模塊連接。其中，超聲波激勵(lì)模塊、渦流激勵(lì)模塊和EMAT激勵(lì)模塊；接收預(yù)處理模塊包括超聲波接收預(yù)處理模塊、渦流接收預(yù)處理模塊和EMAT接收預(yù)處理模塊；自校驗(yàn)?zāi)K包括自校驗(yàn)電路和校驗(yàn)器。
[0021]如圖3所示，一種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚方法，其方法包括以下步驟:步驟A)、在超聲波、渦流和EMAT三種無(wú)損測(cè)量模式中選擇ー種所要檢測(cè)的模式，將對(duì)應(yīng)探頭置于被測(cè)試件上；
步驟B)、通過(guò)微控制器MCU控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需特定頻率的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后激勵(lì)探頭發(fā)射端； 步驟c)、根據(jù)超聲波、渦流和EMAT各自的激勵(lì)原理，在探頭接收端感應(yīng)出電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)接收預(yù)處理模塊進(jìn)行拾取信號(hào)的處理；
步驟D)、將處理后得到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)(PU模塊運(yùn)算處理后將測(cè)量的試件厚度值顯示并存儲(chǔ)；
步驟E)、當(dāng)對(duì)同一試件分別采用超聲波、渦流、EMAT三種方法均測(cè)量完成吋，啟動(dòng)自校驗(yàn)程序，通過(guò)自校驗(yàn)?zāi)K對(duì)三種無(wú)損測(cè)厚方法的測(cè)量結(jié)果彼此分別比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法的主動(dòng)自校驗(yàn)功能。
[0022]實(shí)際操作時(shí)，通過(guò)微控制器MCU6控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生超聲波測(cè)厚、渦流測(cè)厚、EMAT測(cè)厚所需特定頻率的激勵(lì)信號(hào)——方波、正弦波和脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功率放大后激勵(lì)探頭線圈，將探頭線圈接收到的信號(hào)送入相應(yīng)的檢測(cè)通道，使信號(hào)加載到相應(yīng)的超聲波、渦流、EMAT傳感器上，使各傳感器完成含有關(guān)被檢試件厚度信息信號(hào)的拾取。信息拾取后送入超聲、渦流、EMAT的接收預(yù)處理模塊進(jìn)行拾取信號(hào)的處理，將處理后得到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)，送入A/D轉(zhuǎn)換器4，將表示試件厚度的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，應(yīng)CPU需求將測(cè)量數(shù)據(jù)送入CPU模塊7。CPU模塊7將測(cè)量的試件厚度值在顯示器上顯示出來(lái)并存儲(chǔ)，并與閾值作比較，若超出范圍則啟動(dòng)報(bào)警單元。每當(dāng)對(duì)同一試件分別采用超聲波、渦流、EMAT三種方法的測(cè)量完畢后，啟動(dòng)自校驗(yàn)程序，將三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)送入自校驗(yàn)電路進(jìn)行校驗(yàn)，同時(shí)校驗(yàn)器對(duì)自校驗(yàn)電路輸出值進(jìn)行兩兩比較判別，若三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)，則不作處理；若某個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，校驗(yàn)器給出差錯(cuò)指示，送入微控制器MCU6進(jìn)行誤差通道的校準(zhǔn)處理。該自校驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的差錯(cuò)指示、誤差通道和校準(zhǔn)完成指令同步送入CPU模塊7，在顯示器顯示通知用戶。測(cè)量結(jié)果可通過(guò)USB接ロ傳送到計(jì)算機(jī)中保存，從而實(shí)現(xiàn)超聲、渦流、EMAT 一體化無(wú)損測(cè)厚儀的操作。
[0023]進(jìn)ー步的，如圖4所示，超聲波激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、高壓開關(guān)電路、超聲波傳感器(又稱超聲換能器)組成。實(shí)際工作時(shí)，微控制器MCU6提供低壓可調(diào)脈寬信號(hào)，給信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波脈沖信號(hào)，由于該信號(hào)功率很小、電壓幅值低，需經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，驅(qū)動(dòng)激勵(lì)換能器產(chǎn)生超聲波，再由高壓開關(guān)電路將其轉(zhuǎn)換為高壓窄脈沖激勵(lì)信號(hào)，形成的高壓窄脈沖激勵(lì)信號(hào)加到換能器上產(chǎn)生超聲波。
[0024]進(jìn)ー步的，如圖4所示，超聲波信號(hào)接收預(yù)處理模塊由前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成。將信號(hào)送入前置放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，并抑制其它的噪聲和干擾，達(dá)到最大的信噪比。初步放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)ー個(gè)帶通濾波器做選頻處理以選擇在激勵(lì)頻率附近的頻率，過(guò)濾干擾噪聲。再將過(guò)濾后信號(hào)送入程控增益放大器，將信號(hào)按時(shí)間進(jìn)行増益調(diào)節(jié)，使放大后的信號(hào)的幅度保持在同一數(shù)量級(jí)，同時(shí)滿足數(shù)據(jù)采集電路的電平要求。將輸出信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器4進(jìn)行高速采集，再傳送到微控制器MCU做數(shù)字化運(yùn)算處理，然后應(yīng)CPU需求將所得厚度值送至CPU模塊7，將測(cè)量的厚度值顯示存儲(chǔ)。
[0025]進(jìn)ー步的，如圖5所示，渦流信號(hào)激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、渦流傳感器組成。微控制器MCU6控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正弦波激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大器反饋給探頭線圈，探頭測(cè)量線圈的信號(hào)經(jīng)放大后得到測(cè)量信號(hào)。
[0026]進(jìn)ー步的，如圖5所示，渦流信號(hào)接收預(yù)處理模塊由檢波電路、平衡濾波和可調(diào)增益放大電路組成。實(shí)際工作時(shí)，將渦流激勵(lì)単元得到的測(cè)量信號(hào)送入檢波器，檢測(cè)出直流信號(hào)，直流信號(hào)經(jīng)平衡濾波過(guò)濾干擾噪聲后，送入可調(diào)增益放大電路進(jìn)行調(diào)零放大，放大后的直流信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器4，A/D轉(zhuǎn)換器4對(duì)送入模擬信號(hào)進(jìn)行高速采樣，將換后的數(shù)字信號(hào)送微控制器MCU6進(jìn)行數(shù)字濾波處理、非線性校正和補(bǔ)償，然后應(yīng)CPU需求將有關(guān)數(shù)據(jù)送CPU模塊7，將測(cè)量的厚度值顯示存儲(chǔ)。
[0027]進(jìn)ー步的，如圖6所示，EMAT激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、D類功率放大電路、匹配電路、電磁聲換能器EMAT組成。實(shí)際工作時(shí)，在微控制器MCU6控制下使信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生窄脈沖信號(hào)，由于該信號(hào)功率很小、電壓幅值低，需經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大，然后送入D類功率放大電路放大單個(gè)調(diào)制脈沖，形成的高壓窄脈沖激勵(lì)信號(hào)有著較大的功率和較高的頻率特性，再送入匹配電路中，以提高電路的能量傳輸效率，同時(shí)保護(hù)根據(jù)EMAT發(fā)射電路。根據(jù)電ー磁一聲轉(zhuǎn)換原理，經(jīng)過(guò)匹配電路的高壓窄脈沖激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)EMAT，在試件內(nèi)產(chǎn)生電磁超聲波。
[0028]進(jìn)ー步的，如圖6所示，EMAT信號(hào)接收預(yù)處理模塊由匹配電路、前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成?；夭ㄐ盘?hào)經(jīng)過(guò)匹配電路進(jìn)行阻抗匹配，以提高接收轉(zhuǎn)化效率，由于EMAT換能效率較低，從匹配電路上接收的回波信號(hào)很微弱，同時(shí)信號(hào)中存在較大的噪聲干擾，需將接收到的回波信號(hào)送入前置放大電路進(jìn)行信號(hào)放大處理，并抑制噪聲干擾，以達(dá)到最大的信噪比。初步放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)ー個(gè)帶通濾波器做選頻處理以選擇有效頻帶的回波信號(hào)，過(guò)濾干擾噪聲。由于超聲聲道的長(zhǎng)度不同以及管道厚薄的不一致，致使毎次測(cè)量時(shí)的回波信號(hào)幅值也不同，需將過(guò)濾后信號(hào)送入程控增益放大器，對(duì)不同時(shí)刻的回波信號(hào)的增益進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，使放大后信號(hào)的幅度保持在同一數(shù)量級(jí)。再將輸出信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器4進(jìn)行高速采集，再傳送到微控制器MCU做數(shù)字化運(yùn)算處理，然后應(yīng)CPU需求將有關(guān)數(shù)據(jù)送CPU模塊7，將測(cè)量的厚度值顯示存儲(chǔ)。
[0029]進(jìn)ー步的，微控制器MCU6與CPU模塊7之間的通信應(yīng)答由專門的通信邏輯電路負(fù)責(zé)。CPU模塊7負(fù)責(zé)測(cè)量結(jié)果的顯示、超限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、與后臺(tái)控制終端的通信和電源電壓監(jiān)控等方面。供電模塊8負(fù)責(zé)電源管理，一方面為系統(tǒng)各個(gè)部分提供所需大小電源電壓，另ー方面檢測(cè)電池電壓、溫度、外電源的接入和電池充電等。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，通過(guò)USB接ロ可實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的健康狀況即時(shí)監(jiān)控。測(cè)量結(jié)果可通過(guò)USB接ロ傳送到后臺(tái)控制終端計(jì)算機(jī)中保存，從而實(shí)現(xiàn)超聲、潤(rùn)流、EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀的操作，以分析試件性能，改進(jìn)其生產(chǎn)エ藝和流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0030]本說(shuō)明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技木。
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:其包括激勵(lì)模塊、接收預(yù)處理模塊、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、自校驗(yàn)?zāi)K、微控制器MCU、CPU模塊、供電模塊、CPU外圍顯示存儲(chǔ)，所述激勵(lì)模塊與接收預(yù)處理模塊連接，所述接收預(yù)處理模塊與模擬開關(guān)連接，所述模擬開關(guān)與A/D轉(zhuǎn)換器連接、所述A/D轉(zhuǎn)換器與微控制器MCU連接，所述自校驗(yàn)?zāi)K與微控制器MCU連接，所述微控制器MCU與CPU模塊連接，所述CPU模塊分別與顯示屏、通信接ロ、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接，所述激勵(lì)模塊包括超聲波激勵(lì)模塊、渦流激勵(lì)模塊和EMAT激勵(lì)模塊；所述接收預(yù)處理模塊包括超聲波接收預(yù)處理模塊、渦流接收預(yù)處理模塊和EMAT接收預(yù)處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述超聲波激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、高壓開關(guān)電路、超聲波傳感器組成，所述超聲波信號(hào)接收預(yù)處理模塊由前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與高壓開關(guān)電路連接，所述高壓開關(guān)電路與超聲波傳感器連接，所述超聲波傳感器與前置放大電路連接，所述前置放大電路與帶通濾波電路連接，所述帶通濾波電路與程控自動(dòng)增益電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述渦流激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、渦流傳感器組成，渦流信號(hào)接收預(yù)處理模塊由檢波電路、平衡濾波電路和可調(diào)增益放大電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與功率放大器連接，所述功率放大器與渦流傳感器連接，所述渦流傳感器與檢波電路連接，所述檢波電路與平衡濾波電路連接，所述平衡濾波電路與可調(diào)增益放大電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述EMAT激勵(lì)模塊由信號(hào)發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路、D類功率放大電路、匹配電路、電磁聲換能器EMAT組成，所述EMAT信號(hào)接收預(yù)處理模塊由匹配電路、前置放大電路、帶通濾波電路、程控自動(dòng)増益電路組成，所述信號(hào)發(fā)生器與驅(qū)動(dòng)電路連接，所述驅(qū)動(dòng)電路與D類功率放大電路連接，所述D類功率放大電路與匹配電路連接，所述匹配電路與電磁聲換能器EMAT連接，所述電磁聲換能器EMAT與匹配電路連接，所述匹配電路與前置放大電路連接，所述前置放大電路與帶通濾波電路連接，所述帶通濾波電`路與程控自動(dòng)增益電路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述超聲波傳感器設(shè)置在超聲探頭內(nèi)，所述超聲探頭為收發(fā)一體式，超聲波傳感器由雙壓電晶片構(gòu)成，一個(gè)晶片用于發(fā)射超聲波，另ー個(gè)晶片用于接受超聲波。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述渦流傳感器設(shè)置在渦流探頭內(nèi)，所述渦流探頭為收發(fā)一體式，渦流傳感器的外部均采用屏蔽式結(jié)構(gòu)，渦流傳感器由兩組線圈繞組構(gòu)成，一組線圈繞組為發(fā)射線圈繞組，另ー組為接收線圈繞組，所述發(fā)射線圈繞組的輸入端與激勵(lì)模塊的輸出連接，所述接收線圈繞組與接受預(yù)處理模塊的輸入連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波、渦流和EMAT—體化無(wú)損測(cè)厚儀，其特征在于:所述電磁聲換能器EMAT設(shè)置在EMAT探頭內(nèi)，所述EMAT探頭為收發(fā)一體式，電磁聲換能器EMAT的外部均采用屏蔽式結(jié)構(gòu)，電磁聲換能器EMAT由兩組線圈繞組構(gòu)成，ー組線圈繞組為發(fā)射線圈繞組，另ー組為接收線圈繞組，所述發(fā)射線圈繞組的輸入端與激勵(lì)模塊的輸出連接，所述接收線圈繞組與接受預(yù)處理模塊的輸入連接。
8.一種超聲波、渦流和EMAT —體化無(wú)損測(cè)厚方法，其特征在于:其方法包括以下步驟: 步驟A)、在超聲波、渦流和EMAT三種無(wú)損測(cè)量模式中選擇ー種所要檢測(cè)的模式，將對(duì)應(yīng)探頭置于被測(cè)試件上； 步驟B)、通過(guò)微控制器MCU控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需特定頻率的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后激勵(lì)探頭發(fā)射端； 步驟C)、根據(jù)超聲波、渦流和EMAT各自的激勵(lì)原理，在探頭接收端感應(yīng)出電壓信號(hào)，電壓信號(hào)經(jīng)接收預(yù)處理模塊進(jìn)行拾取信號(hào)的處理； 步驟D)、將處理后得到的模擬信號(hào)經(jīng)模擬開關(guān)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)(PU模塊運(yùn)算處理后將測(cè)量的試件厚度值顯示并存儲(chǔ)； 步驟E)、當(dāng)對(duì)同一試件分別采用超聲波、渦流、EMAT三種方法均測(cè)量完成吋，啟動(dòng)自校驗(yàn)程序，通過(guò)自校驗(yàn)?zāi)K對(duì)三種無(wú)損測(cè)厚方法的測(cè)量結(jié)果彼此分別比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果偏差較大方法的主動(dòng)自校驗(yàn)功能。
【文檔編號(hào)】G01B17/02GK103486960SQ201310164583
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月7日
【發(fā)明者】王悅民, 吳昕, 朱龍翔, 陳萍, 伍文君 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)