專利名稱:便攜式超聲波探傷儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及超聲波領(lǐng)域，其公開了一種便攜式超聲波探傷儀，包括換能器、ARM主控制單元、FPGA信號處理單元及高壓電源控制單元；所述換能器連接所述高壓電源控制單元；所述高壓電源控制單元連接所述FPGA信號處理單元；所述FPGA信號處理單元連接所述ARM主控單元。本實用新型的有益效果是：提高了產(chǎn)品的集成度，使產(chǎn)品尺寸更小，更易便攜，更易于與其他檢測系統(tǒng)或平臺對接聯(lián)動；提供數(shù)據(jù)同步接口，實現(xiàn)了對樣品的檢測數(shù)據(jù)實時與本地服務(wù)器同步，以標(biāo)準(zhǔn)化流程來增強對產(chǎn)品質(zhì)量把控和問題跟蹤能力，進一步保障檢測規(guī)程的完整性，滿足在線檢測和監(jiān)測需求。
【專利說明】
便攜式超聲波探傷儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及超聲波領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式超聲波探傷儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)制造領(lǐng)域，無損檢測是科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)部門的一種強有力的分析技術(shù)，類型廣泛，用以在不損害或永久改變物體的材料成分，物理及化學(xué)結(jié)構(gòu)的前提下評估樣品的基本屬性。是一種非常有用的技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于電子電力、機械工程、土木工程等領(lǐng)域的產(chǎn)品缺陷評估、故障診斷。當(dāng)前普通超聲波探傷儀雖已應(yīng)用廣泛，但對其的改進不斷延續(xù)，目前探傷工作主要是對缺陷的定位和定性檢測，而主流的普通超聲波探傷儀對缺陷的面積、形狀難以可視化的評估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本實用新型提供了一種便攜式超聲波探傷儀，解決現(xiàn)有技術(shù)中探傷中對缺陷的面積、形狀難以可視化評估的問題。
[0004]本實用新型提供了一種便攜式超聲波探傷儀，包括換能器、ARM主控制單元、FPGA信號處理單元及高壓電源控制單元;所述換能器連接所述高壓電源控制單元;所述高壓電源控制單元連接所述FPGA信號處理單元;所述FPGA信號處理單元連接所述ARM主控單元。
[0005]作為本實用新型的進一步改進，所述換能器為超聲波探頭。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述高壓電源控制單元包括高壓脈沖發(fā)生電路、信號繼電控制單元、增益控制單元、AD采樣模塊、高精度電壓參考源;所述高壓脈沖發(fā)生電路連接所述信號繼電控制單元;所述信號繼電控制單元連接所述增益控制單元;所述增益控制單元連接所述AD采樣模塊;所述高精度電壓參考源連接所述AD采樣模塊。
[0007]作為本實用新型的進一步改進，所述ARM主控制單元包括主控芯片、接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊;所述主控芯片分別連接所述接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊。
[0008]作為本實用新型的進一步改進，所述接口模塊包括USB接口和SD卡接口。
[0009]作為本實用新型的進一步改進，所述ARM主控制單元還包括WIFI模塊;所述WIFI模塊連接所述主控芯片。
[0010]作為本實用新型的進一步改進，所述FPGA信號處理單元包括外圍控制模塊、激勵控制模塊、回波控制模塊、AD采樣控制模塊和接口模塊;所述激勵控制模塊連接所述高壓電源控制單元的高壓脈沖發(fā)生電路;所述回波控制模塊連接所述高壓電源控制單元的信號繼電控制單元;所述AD采樣控制模塊連接所述高壓電源控制單元的AD采樣模塊;所述外圍控制模塊連接按鍵單元。
[0011]本實用新型的有益效果是:提高了產(chǎn)品的集成度，使產(chǎn)品尺寸更小，更易便攜，更易于與其他檢測系統(tǒng)或平臺對接聯(lián)動;提供數(shù)據(jù)同步接口，實現(xiàn)了對樣品的檢測數(shù)據(jù)實時與本地服務(wù)器同步，以標(biāo)準(zhǔn)化流程來增強對產(chǎn)品質(zhì)量把控和問題跟蹤能力，進一步保障檢測規(guī)程的完整性，滿足在線檢測和監(jiān)測需求。
[0012]【【附圖說明】
】
[0013]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]【【具體實施方式】】
[0015]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本實用新型進一步說明。
[0016]一種便攜式超聲波探傷儀，包括換能器、ARM主控制單元、FPGA信號處理單元及高壓電源控制單元;所述換能器連接所述高壓電源控制單元;所述高壓電源控制單元連接所述FPGA信號處理單元;所述FPGA信號處理單元連接所述ARM主控單元。
[0017]所述換能器為超聲波探頭。
[0018]所述高壓電源控制單元包括高壓脈沖發(fā)生電路、信號繼電控制單元、增益控制單元、AD采樣模塊、高精度電壓參考源;所述高壓脈沖發(fā)生電路連接所述信號繼電控制單元；所述信號繼電控制單元連接所述增益控制單元;所述增益控制單元連接所述AD采樣模塊；所述高精度電壓參考源連接所述AD采樣模塊。
[0019]所述ARM主控制單元包括主控芯片、接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊;所述主控芯片分別連接所述接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊。
[0020]所述接口模塊包括USB接口和SD卡接口。
[0021 ] 所述ARM主控制單元還包括WIFI模塊;所述WIFI模塊連接所述主控芯片。
[0022]所述FPGA信號處理單元包括外圍控制模塊、激勵控制模塊、回波控制模塊、AD采樣控制模塊和接口模塊;所述激勵控制模塊連接所述高壓電源控制單元的高壓脈沖發(fā)生電路;所述回波控制模塊連接所述高壓電源控制單元的信號繼電控制單元;所述AD采樣控制模塊連接所述高壓電源控制單元的AD采樣模塊;所述外圍控制模塊連接按鍵單元。
[0023]在一種實施例中，如圖1，本便攜式超聲波探傷儀包括為ARM主控制電路、FPGA信號處理及高壓電源控制電路。
[0024]ARM主控電路包含主控芯片、外圍接口、電池充電電路、SD卡連接器、溫濕度監(jiān)測電路、觸摸顯示電路、存儲電路。主控芯片:采用ARM微處理器STM32F746，其控制整個儀器系統(tǒng)的運行，處理器內(nèi)部運行的是FREERT0S實時操作系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議棧、超聲數(shù)據(jù)分析程序。外圍接口:主要為微控制器提供的接口，y有負(fù)責(zé)與儀器外部設(shè)備進行通信的USB接口和WIFI模塊(ESP8266)，除此之外還包括JTAG端口，SPI，UART，GP10。電池充電電路:儀器采用7.5v的鋰聚合物或鋰離子電池供電，充電時，通過電源適配器接口經(jīng)芯片給電池充電，并通過熱敏電阻監(jiān)測電池在充電時的溫度情況。SD卡連接器:當(dāng)儀器不能連接到PC機上時，支持對探傷分析數(shù)據(jù)的外部存儲。溫濕度監(jiān)測電路:采用HDC1000傳感器，用于測量儀器工作的當(dāng)前溫度和濕度情況。觸摸顯示接口:為RGB顯示接口和4線電阻觸摸屏接口。存儲電路:提供了256Mb的SDRAM內(nèi)存和2Gb的Nand flash，為系統(tǒng)提供充足的存儲單元。
[0025]FPGA信號處理及高壓電源控制電路包含高壓激勵信號產(chǎn)生電路、信號繼電切換電路、探頭接口、信號濾波電路、自動增益控制電路、ADC信號采集電路、FPGA控制運算單元、按鍵及LED電路。高壓激勵信號產(chǎn)生電路:FPGA控制雙MOSFET驅(qū)動芯片MAX626，并結(jié)合相應(yīng)的MOSFET、穩(wěn)壓二極管壓、電阻、電容等器件，可產(chǎn)生200V、300V、400V、500V電壓輸出；信號繼電切換單元:信號切換電路主芯片采用ATQ229芯片，其由FPGA芯片控制，繼電單元支持單晶、雙晶探頭的激勵信號和輸出信號切換，可起到信號物理隔離的作用。尤其是在對單晶探頭輸出信號采集時可有效避免高壓激勵信號對輸出信號的干擾。探頭接口:支持行業(yè)內(nèi)單晶和雙晶探頭標(biāo)準(zhǔn)。信號濾波電路:采用物理帶通濾波器設(shè)計，支持0.5MHz到1MHz帶通信號，對于其他非工作頻段信號進去濾除，提高信噪比，。自動增益控制電路:該部分電路主要采用雙通道可變增益放大器(AD8332)和12bit分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器件(MAX539)，帶通信號經(jīng)過運算放大器，并在DAC反饋調(diào)節(jié)下，可實現(xiàn)增益放大器對信號的自動增益調(diào)節(jié)。ADC信號采集電路:為系統(tǒng)提供原始超聲換能信號采集，電路主芯片采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS58B19，其分辨率為9bit、采樣率為250MSPS JPGA控制運算單元:對于來自ADC的數(shù)字信號，F(xiàn)PGA控制器將其緩存至SDRAM存儲器中，經(jīng)掃頻及自適應(yīng)帶通濾波后，一方面對帶通數(shù)據(jù)進行希爾伯特變化，完成包絡(luò)重構(gòu)，并將包絡(luò)數(shù)據(jù)通過SPI接口發(fā)送到ARM系統(tǒng);另一方面對帶通數(shù)據(jù)進行數(shù)字信號處理以提供成像數(shù)據(jù)給ARM系統(tǒng)。按鍵及LED電路:按鍵捕獲及LED控制由FPGA提供完成，按鍵信息的處理和指示燈狀態(tài)配置則由ARM主控器提供。該探傷儀增強了儀器對缺陷的自動辨別能力，通過增強儀器對信號的自動分析能力，減少人工對信號的篩選識別工作，通過對超聲回波信息的進一步挖掘分析，增加了只有昂貴相控陣探傷儀才具備的成像能力，以輔助圖像的形式對缺陷位置、形狀大小進行較為直觀呈現(xiàn);優(yōu)化了人機交換接口。進一步有效解決了工程人員對當(dāng)前超聲波探傷儀難用的問題，普通工程人員無需考證就能夠根據(jù)操作向?qū)倒鲜降厥褂脙x器。
[0026]對該探傷儀可以按照如下方式進行操作:
[0027]I)儀器開機啟動，F(xiàn)PGA程序由ARM加載至FPGA系統(tǒng)，ARM系統(tǒng)初始化人機交互界面；
[0028]2)用戶設(shè)定待測材料的聲速(或材料類型)以及選定超聲換能探頭的工作參數(shù)；
[0029]3)通過標(biāo)準(zhǔn)試塊校準(zhǔn)系統(tǒng)工作參數(shù)，生成校準(zhǔn)模型，并保存至系統(tǒng)存儲單元；
[0030]4)ARM+FPAGA系統(tǒng)內(nèi)部開始周期性發(fā)送高壓脈沖指令激發(fā)超聲換能探頭工作，并受狀態(tài)機控制信號切換電路接收探頭數(shù)據(jù)，探頭反饋信號經(jīng)信號帶通濾波器濾除干擾信號后得到有用信號；
[0031]5)濾波后的信號經(jīng)過高速ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號并傳遞給FPGA進行處理；
[0032]6)FPGA接收采樣數(shù)據(jù)經(jīng)緩存、信號處理后通過SPI數(shù)據(jù)接口交給ARM處理；
[0033]7)重復(fù)步驟4_7，ARM控制系統(tǒng)得到探測數(shù)據(jù)以報表、圖形、圖像的形式呈現(xiàn)給用戶；
[0034]8)對于按鍵信號的接收和指示燈的狀態(tài)控制則由FPGA執(zhí)行，其中按鍵信號的處理和指示燈狀態(tài)的配置則由FPGA通過串口交由ARM主控器處理完成。
[0035]9)對于FPGA控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)和告警信息則通過串口發(fā)送給ARM控制系統(tǒng)；
[0036]10)ARM系統(tǒng)監(jiān)控自身運行狀態(tài)和告警信息；
[0037]11 )ARM+FPGA的相關(guān)業(yè)務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)，告警信息保存至本地存儲器以便現(xiàn)場查看，也可通過WIFI模塊同步到遠端服務(wù)系統(tǒng)。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:包括換能器、ARM主控制單元、FPGA信號處理單元及高壓電源控制單元;所述換能器連接所述高壓電源控制單元;所述高壓電源控制單元連接所述FPGA信號處理單元;所述FPGA信號處理單元連接所述ARM主控單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述換能器為超聲波探頭。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述高壓電源控制單元包括高壓脈沖發(fā)生電路、信號繼電控制單元、增益控制單元、AD采樣模塊、高精度電壓參考源；所述高壓脈沖發(fā)生電路連接所述信號繼電控制單元;所述信號繼電控制單元連接所述增益控制單元;所述增益控制單元連接所述AD采樣模塊;所述高精度電壓參考源連接所述AD采樣模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述ARM主控制單元包括主控芯片、接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊;所述主控芯片分別連接所述接口模塊、電池模塊、溫濕度傳感器模塊、觸摸顯示模塊以及存儲模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述接口模塊包括USB接口和SD卡接口。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述ARM主控制單元還包括WIFI模塊;所述WIFI模塊連接所述主控芯片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式超聲波探傷儀，其特征在于:所述FPGA信號處理單元包括外圍控制模塊、激勵控制模塊、回波控制模塊、AD采樣控制模塊和接口模塊;所述激勵控制模塊連接所述高壓電源控制單元的高壓脈沖發(fā)生電路;所述回波控制模塊連接所述高壓電源控制單元的信號繼電控制單元;所述AD采樣控制模塊連接所述高壓電源控制單元的AD采樣模塊;所述外圍控制模塊連接按鍵單元。
【文檔編號】G05B19/042GK205721215SQ201620355150
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】楊青
【申請人】成都克瑞斯科技有限公司