專利名稱:超聲回波頻譜分析儀的制作方法
本實(shí)用新型涉及一種超聲無損檢測電子儀器技術(shù)，國際專利分類號(hào)為GOIH。超聲檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于無損檢測領(lǐng)域，但常規(guī)是以回波幅度作為評(píng)價(jià)檢測對(duì)象的信息，而忽略超聲回波的相位和頻譜信息。隨著FFT及譜分析技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的推廣，超聲回波的頻譜和相位信息的分析，越來越受到重視，并有許多研究成果相繼出現(xiàn)，但長期以來尚未有成熟的通用性的超聲回波頻譜分析儀器問世。其主要原因，就是在儀器設(shè)備上缺乏支持，因?yàn)闄z測儀器都采用檢波技術(shù)，損失了超聲回波的頻譜相位信息，且頻譜和相位的測量，需要對(duì)譜進(jìn)行分析處理。因此要在有模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下才能完成。而數(shù)字化超聲波探傷儀是在近十年內(nèi)發(fā)展起來的技術(shù)，在這一發(fā)展階段都在致力于打入模擬式超聲探傷儀市場，沒有在進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理能力上得到很好的發(fā)揮，也未涉及到譜的分析處理。因此超聲回波頻譜分析的通用性儀器，國內(nèi)幾乎為空白。
為了填補(bǔ)超聲回波頻譜分析通用性儀器的國內(nèi)空白，設(shè)計(jì)并研制了本超聲回波頻譜分析儀，用于超聲無損檢測中對(duì)缺陷回波信號(hào)中心頻率、最高頻率、頻帶寬度等多項(xiàng)參數(shù)的自動(dòng)測量與分析，以對(duì)金屬構(gòu)件中的缺陷作定量、定性的分析，提高超聲無損檢測技術(shù)的水平。亦用于超聲探頭的譜分析。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即由AT擴(kuò)展板及486／586微機(jī)組成。
微機(jī)系統(tǒng)包括486／586主機(jī)系統(tǒng)，SVGA高分辨率彩色顯示器，101鍵盤和打印機(jī)。

圖1為AT擴(kuò)展板框圖，圖2為數(shù)字化單元框圖。
其中1--超聲發(fā)射單元，2--接收放大單元，3--數(shù)字化單元(高速A／D采樣器)，4--時(shí)序邏輯單元，5--或非門，6--或非門，7--A／D，8--緩沖器，9--A／D，10--緩沖器，11--或非門，12--或非門。
AT擴(kuò)展板由超聲發(fā)射單元1，接收放大單元2，數(shù)字化單元3和時(shí)序邏輯單元4組成。時(shí)序邏輯單元4同步控制超聲發(fā)射單元1發(fā)射超聲波和數(shù)字化單元3將回波波形采樣，超聲回波波形在采樣前要經(jīng)過接收放大單元2的放大與調(diào)理。采樣后的波形被微機(jī)讀取。
將AT擴(kuò)展板的插卡組件插入486／586主機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)，安裝固定，在一組程序(FSA．EXE和FSA．DAT)控制下工作。在軟件的支持下，將一臺(tái)微機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐慌_(tái)超聲回波頻譜分析儀，從而完成多種參數(shù)的測量和分析工作。工作流程為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)脈沖，在探頭上激發(fā)超聲波，對(duì)返回的超聲回波經(jīng)放大后進(jìn)行采樣，然后由微機(jī)進(jìn)行頻譜分析處理，顯示波形和頻譜。該超聲頻譜分析儀不僅能對(duì)回波波形進(jìn)行識(shí)別，給出探傷系統(tǒng)的頻譜特征，還可用于超聲探頭的質(zhì)量評(píng)價(jià)，薄夾層厚度的自動(dòng)測量分析等。
本實(shí)用新型對(duì)回波的采樣頻率為100MHz，而實(shí)際使用的是AD9058模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該AD片，是雙50MHz，8bit。本儀器對(duì)其雙路錯(cuò)相，使一次采樣的速率就達(dá)到100MHz，這種方法的特點(diǎn)是采樣單元電路采用高速芯片，而其它部分可工作在稍低速狀態(tài)下，使儀器性能價(jià)格比提高。
圖2所示，P1為時(shí)鐘允許，P2為50MHz時(shí)鐘輸入，經(jīng)或非門電路5和6輸出時(shí)鐘信號(hào)P4并控制A／D 7、9采樣。接收信號(hào)經(jīng)P3進(jìn)入A／D 7和9，經(jīng)緩沖器8和10和兩個(gè)或非門電路11和12形成的優(yōu)先記錄鎖存后輸出P5和P6。
在雙相采樣中，同步信號(hào)具隨機(jī)性，在沒有本機(jī)同步信號(hào)的情況下，啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器要解決兩個(gè)數(shù)據(jù)流觸發(fā)時(shí)間的先后問題。本處采用兩個(gè)或非門電路11和12形成優(yōu)先記錄鎖存。在兩路采樣過程中，F(xiàn)F0和FF1都是邏輯1，鎖存器復(fù)位，ST0和ST1都為0。當(dāng)FF0和FF1在一個(gè)時(shí)鐘周期的兩個(gè)相位上先后變?yōu)?，如FF0先變0，則ST0變1，屏蔽了ST1，使FF1將不起作用。當(dāng)FF1先變0，則ST1變0，屏蔽了ST0，使FF0不起作用，這樣ST0和ST1就具有相位記錄作用。這樣就能使兩路50MHz采集的數(shù)據(jù)流能按正確的相位次序合成一個(gè)100MHz的數(shù)據(jù)流，即完成100MHz的采樣。
下面以KS-1031F超聲回波頻譜分析儀作為實(shí)施例進(jìn)一步說明(1)、KS-1031F發(fā)射高電壓窄脈沖激發(fā)發(fā)射探頭產(chǎn)生超聲波，聲波傳輸過介質(zhì)后被接收探頭轉(zhuǎn)換為回波電信號(hào)，回波信號(hào)經(jīng)程控寬帶放大，達(dá)到一個(gè)合適的電壓幅度，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)同步地將回波信號(hào)數(shù)字化。
(2)、KS-1031F有對(duì)數(shù)字化回波進(jìn)行時(shí)域的顯示和波高讀數(shù)，傳輸度越時(shí)間等測量。
(3)、KS-1031F能對(duì)數(shù)字化回波進(jìn)行時(shí)域門限和頻譜分析，在頻域顯示回波的頻譜，顯示峰值頻率，兩組頻率游標(biāo)處頻率及相對(duì)幅度讀數(shù)。
其中儀器性能指標(biāo)如下A．激發(fā)脈沖源脈沖電壓幅度 ～400V脈沖前沿時(shí)間 ＜20ns重復(fù)頻率 ＜5KHz輸出衰減 10dB輸出匹配 25Ω 50Ω 75Ω 150ΩB．接收放大器參數(shù)增益 ＞60dB帶寬范圍 0．5-15MHz線性誤差 ＜5％接收方式 單晶，雙晶兩種輸入衰減 0-100dBC．?dāng)?shù)字化系統(tǒng)參數(shù)采樣分辨率 8bit采樣頻率 100MHz采樣長度 1024 byte采樣延時(shí) -5～250微秒D．信號(hào)處理參數(shù)顯示波形長度 256，512，1024點(diǎn)閘門位置 顯示范圍內(nèi)256級(jí)可調(diào)閘門寬度 顯示范圍內(nèi)256級(jí)可調(diào)閘門高度 量程范圍內(nèi)128級(jí)可調(diào)頻譜顯示范圍 10MHz，25MHz，50MHz頻譜顯示起點(diǎn) 0MHz-30MHz頻率讀數(shù)游標(biāo) 2個(gè)，顯示范圍內(nèi)256級(jí)可調(diào)現(xiàn)有技術(shù)中的超聲回波頻譜分析儀，一般都采用超聲波發(fā)生器、接收放大器和示波器及頻譜分析儀等多個(gè)設(shè)備組合而成的測試系統(tǒng)進(jìn)行，系統(tǒng)龐大，價(jià)格昂貴，不適應(yīng)攜帶和現(xiàn)場使用，不能作為整體化儀器和通用性儀器推廣使用。而無損檢測技術(shù)的發(fā)展，越來越需要提出頻譜分析的要求，需要有通用性的儀器滿足市場需求。本超聲回波頻譜分析儀是集超聲波脈沖發(fā)生器、寬帶接收放大器及高速波形模數(shù)轉(zhuǎn)換器及計(jì)算機(jī)一體化的分析儀器。儀器體積小，適應(yīng)攜帶和現(xiàn)場使用，且可作為無損檢測的通用儀器推廣使用。
權(quán)利要求
1．一種超聲回波頻譜分析儀，由AT擴(kuò)展板及486／586微機(jī)組成，其特征在于AT擴(kuò)展板由超聲發(fā)射單元(1)、接收放大單元(2)、數(shù)字化單元(3)和時(shí)序邏輯單元(4)組成，時(shí)序邏輯單元4同步控制超聲發(fā)射單元1發(fā)射超聲波和數(shù)字化單元3將回波波形采樣，超聲回波波形在采樣前要經(jīng)過接收放大單元2的放大與調(diào)理；采樣后的波形被微機(jī)讀取；將AT擴(kuò)展板的插卡組件插入486／586主機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)，安裝固定，在軟件支持下工作。
2．按權(quán)利要求
1所述的超聲回波頻譜分析儀，其特征在于數(shù)字化單元(3)對(duì)接收到的超聲回波的采樣，采用雙50MHz，8bit，AD芯片(7)和(9)，用雙路錯(cuò)相，使一次采樣速率達(dá)到100MHz。
3．按權(quán)利要求
1所述的超聲回波頻譜分析儀，其特征在于數(shù)字化單元(3)采用兩個(gè)或非門電路(11)和(12)形成的優(yōu)先記錄鎖存，以保證兩個(gè)數(shù)據(jù)流的時(shí)序關(guān)系。
專利摘要
本實(shí)用新型超聲回波頻譜分析儀,涉及一種超聲無損檢測電子儀器技術(shù),旨在提供一種超聲回波頻譜分析的整體化通用性的儀器。該儀器是由超聲發(fā)射單元,接收放大單元,數(shù)字化單元(高速A/D采樣器)和時(shí)序邏輯單元組成的AT擴(kuò)展的插卡組件插入486/586主機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi),安裝固定,在軟件支特下工作,即將一臺(tái)微機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐慌_(tái)超聲回波頻譜分析儀。廣泛應(yīng)用于超聲無損檢測的頻譜分析,儀器體積小,性能價(jià)格比高。
文檔編號(hào)GKCN2304909SQ97209409
公開日1999年1月20日 申請(qǐng)日期1997年3月6日
發(fā)明者王子誠 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan