非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置的製作方法

2023-09-24 02:02:20 4

專利名稱：非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無損檢測技術的實現方法及裝置，特別是涉及一種非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置。
背景技術：
常規脈衝發射-接收式超聲檢測儀用途廣泛，通常使用頻率在1ΜΗζ-15ΜΗζ之間，對一些要求較高的場合，這一頻率範圍無法滿足檢測要求。例如，非線性超聲無損檢測技術，它能夠發現線性超聲無法檢測的材料損傷和缺陷，如疲勞、應力集中、弱結合等，這一新的檢測技術要求儀器不僅有較強的發射功率外，特別要求擁有寬頻帶的接收放大能力，以獲得高次諧波等信息。但截至目前，鑑於電子技術現狀，難於僅憑一個放大器解決如此寬(例如從IOOk到50MHz)的模擬信號頻帶，故現有的儀器因僅有一路串行的放大器而無法滿足這些要求。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術之不足，設計一種非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，在現有模擬電子技術條件下，採用分頻段接收並進行硬體補償的方法，彌補現有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，包括任意波形發生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開關、至少二個帶通濾波放大器、至少一個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元、微處理系統、顯示器，其特徵在於所述帶通濾波放大器中含有高頻補償電路，用於補償模擬硬體接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減；所述多通道開關置於帶通濾波放大器的前後端，每組多通道開關中的通道開關數量與帶通濾波放大器的數量相同，每個帶通濾波放大器的前後端各有一個通道開關；所述實現方法為，
a.微處理系統控制任意波形信號發生器至少分二次激發產生激勵信號；
b.激勵信號經可變功率放大器放大後激勵寬頻超聲傳感器,所述可變功率放大器放大倍數通過微處理系統控制調節；
c.寬頻超聲傳感器向被檢工件發射超聲波信號，同時接收被檢工件反射回來的超聲波信號;
d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成至少二個頻段，對應至少二個帶通濾波放大器，微處理系統通過控制帶通濾波放大器前端的多通道開關依次開啟至少二個帶通濾波放大器，至少二個帶通濾波放大器依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器傳輸過來的超聲波信號，同時濾除幹擾雜波，帶通濾波放大器中的高頻補償電路補償模擬硬體接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減；
e.微處理系統控帶通濾波放大器後端的多通道開關，將相應帶通濾波放大器接收的相應頻段的超聲波信號傳輸至A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元；f.A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元依次轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據；
g.由A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元至少分二次採集的數據最後通過微處理系統加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器中顯示整合後的信號。上述方法可以最大限度地保有從低頻至中頻到高頻所接收的超聲波信號的完整性，達到非線性超聲波檢測對儀器模擬放大硬體電路的接收要求。進一步的，所述裝置中可採用數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元；所述實現方法中，在步驟a中，微處理系統控制任意波形信號發生器一次激發產生激勵信號；在步驟d中，微處理系統通過控制帶通濾波放大器前端的多通道開關同時開啟至少二個帶通濾波放大器，至少二個帶通濾波放大器同時接收各自頻段的超聲波信號；在步驟e中，微處理系統通過控制帶通濾波放大器後端的多通道開關同時開啟數量 與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元，至少二個帶通濾波放大器接收的相應頻段的超聲波信號直接傳輸至與其相對應的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元；在步驟f中，數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元同時各自轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據；在步驟g中，數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元各自採集的數據最後通過微處理系統加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器中顯示整合後的信號。本發明的有益效果是設計一種非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，在現有模擬電子技術條件下，採用多次或單次激發、分頻段接收採樣並進行硬體補償、最後集中整合處理的方法，彌補現有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力，滿足了非線性超聲無損檢測技術的各項硬體要求，將進一步推動非線性超聲檢測技術的發展。以下結合實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置不局限於實施例。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖I是本發明第一實施例的裝置原理框圖。圖2是本發明第一實施例的通過加權處理整合的放大器頻率響應曲線與理想放大器頻率響應曲線的對比示意圖。圖3是本發明第二實施例的裝置原理框圖。圖4是本發明第三實施例的裝置原理框圖。圖5是本發明第四實施例的裝置原理框圖。圖中，①.任意波形發生器，②.可變功率放大器，③.寬頻超聲傳感器，④.多通道開關，⑤I ⑤η.帶通濾波放大器，⑥I ⑥n. A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元，⑦.微處理系統，⑧.顯示器，(a).理想放大器的頻率響應曲線，(b).通過加權處理整合的放大器頻率響應曲線。
具體實施方式
圖I、圖2所示的第一實施例中，非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，所述裝置包括任意波形發生器(①)、可變功率放大器(②)、寬頻超聲傳感器(③)、二組多通道開關(④)、二個帶通濾波放大器(⑤)、A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)、微處理系統(⑦)、顯示器(⑧)；所述帶通濾波放大器(⑤)中含有高頻補償電路；所述多通道開關(④)置於二個帶通濾波放大器(BW)的前後端，每組多通道開關(④)中的通道開關數量與帶通濾波放大器(⑤)的數量相同，每個帶通濾波放大器(⑤)的前後端各有一個通道開關；所述實現方法為，
a.微處理系統(⑦)控制任意波形信號發生器(①)分二次激發產生激勵信號；
b.激勵信號經可變功率放大器(②)放大後激勵寬頻超聲傳感器(③),所述可變功率放大器(②)放大倍數通過微處理系統(⑦)控制調節；
c.寬頻超聲傳感器(③)向被檢工件發射超聲波信號，同時接收被檢工件反射回來的超聲波信號；
d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成二個頻段，對應二個帶通濾波放大器(⑤)，微處理系統(⑦)通過控制帶通濾波放大器(⑤)前端的多通道開關(④)依次開啟二個帶通濾波放大器(⑤)，二個帶通濾波放大器(⑤)依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器(③)傳輸過來的超聲波信號，同時濾除幹擾雜波，帶通濾波放大器(⑤)中的高頻補償電路補償模擬硬體接收電路及寬頻超聲傳感器(③)固有的高頻衰減；
e.微處理系統(⑦)控制帶通濾波放大器(⑤)後端的多通道開關(④)將相應帶通濾波放大器(⑤)接收的相應頻段的超聲波信號傳輸至A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥);
f.A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)依次轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據；
g.由A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)二次採集的數據最後通過微處理系統(⑦)加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器(⑧)中顯示整合後的信號。在圖2中，本發明的通過加權處理整合的放大器頻率響應曲線(b)已經非常接近理想放大器的頻率響應曲線(a)。在圖3所示的第二實施例中，本發明與第一實施例的不同之處在於進一步的，所述裝置中可採用數量多於二個的帶通濾波放大器(⑤)，所需低頻至最高頻率之間劃分成與帶通濾波放大器(⑤)數量相對應的多個頻段。在圖4所示的第三實施例中，本發明與第一實施例的不同之處在於進一步的，所述裝置中可採用二個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)；所述實現方法中，在步驟a中，微處理系統(⑦)控制任意波形信號發生器(①)一次激發產生激勵信號；在步驟d中，微處理系統(⑦)通過控制帶通濾波放大器(⑤)前端的多通道開關(④)同時開啟二個帶通濾波放大器(⑤)，二個帶通濾波放大器(⑤)同時接收各自頻段的超聲波信號；在步驟e中，微處理系統(⑦)通過控制帶通濾波放大器(⑤)後端的多通道開關(④)同時開啟二個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)，二個帶通濾波放大器(⑤)接收的相應頻段的超聲波信號直接傳輸至相對應的二個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)；在步驟f中，二個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)同時各自轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據；在步驟g中，二個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)各自採集的數據最後通過微處理系統(⑦)加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器(⑧)中顯示整合後的信號。在圖5所示的第四實施例中，本發明與第三實施例的不同之處在於進一步的，所述裝置中可採用數量多於二個的帶通濾波放大器(⑤)和數量多於二個的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)，所需低頻至最高頻率之間劃分成與帶通濾波放大器(⑤)數量相對應的多個頻段，帶通濾波放大器(⑤)和A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元(⑥)的數量相同。 上述實施例僅用來進一步說明本發明的非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，但發明並不局限於實施例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，包括任意波形發生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開關、至少二個帶通濾波放大器、至少一個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元、微處理系統、顯示器，其特徵在於所述帶通濾波放大器中含有高頻補償電路；所述多通道開關置於帶通濾波放大器的前後端，每組多通道開關中的通道開關數量與帶通濾波放大器的數量相同，每個帶通濾波放大器的前後端各有一個通道開關；所述實現方法為， a.微處理系統控制任意波形信號發生器至少分二次激發產生激勵信號； b.激勵信號經可變功率放大器放大後激勵寬頻超聲傳感器,所述可變功率放大器放大倍數通過微處理系統控制調節； c.寬頻超聲傳感器向被檢工件發射超聲波信號，同時接收被檢工件反射回來的超聲波信號; d.在所需低頻至最高頻率之間劃分成至少二個頻段，對應至少二個帶通濾波放大器，微處理系統通過控制帶通濾波放大器前端的多通道開關依次開啟至少二個帶通濾波放大器，至少二個帶通濾波放大器依次接收各自頻段的寬頻超聲傳感器傳輸過來的超聲波信號，同時濾除幹擾雜波，帶通濾波放大器中的高頻補償電路補償模擬硬體接收電路及寬頻超聲傳感器固有的高頻衰減； e.微處理系統控帶通濾波放大器後端的多通道開關，將相應帶通濾波放大器接收的相應頻段的超聲波信號傳輸至A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元； f.A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元依次轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據； g.由A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元至少分二次採集的數據最後通過微處理系統加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器中顯示整合後的信號。
2.根據權利要求I所述的非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，其特徵在於進一步的，所述裝置中可採用數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元；所述實現方法中，在步驟a中，微處理系統控制任意波形信號發生器一次激發產生激勵信號；在步驟d中，微處理系統通過控制帶通濾波放大器前端的多通道開關同時開啟至少二個帶通濾波放大器，至少二個帶通濾波放大器同時接收各自頻段的超聲波信號；在步驟e中，微處理系統通過控制帶通濾波放大器後端的多通道開關同時開啟數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元，至少二個帶通濾波放大器接收的相應頻段的超聲波信號直接傳輸至與其相對應的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元；在步驟f中，數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元同時各自轉換並採集相應頻段的超聲波信號中的數據；在步驟g中，數量與帶通濾波放大器相同的A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元各自採集的數據最後通過微處理系統加權處理，整合成所需全頻帶的信號，並在顯示器中顯示整合後的信號。
全文摘要
本發明公開了非線性超聲檢測儀模擬放大電路的實現方法及裝置，所述裝置包括任意波形發生器、可變功率放大器、寬頻超聲傳感器、二組多通道開關、至少二個帶通濾波放大器、至少一個A/D轉換器及FPGA信號整合處理單元、微處理系統、顯示器，採用多次或單次激發、分頻段接收採樣並進行硬體補償、最後集中整合處理的方法，彌補現有儀器之不足，獲得所需超聲儀的超寬頻帶放大能力，滿足了非線性超聲無損檢測技術的各項硬體要求。
文檔編號H03F3/20GK102969996SQ201210459078
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者林俊明, 孫金立, 袁英民, 楊宏程, 吳曉瑜, 趙晉成 申請人:愛德森(廈門)電子有限公司