一種超聲波牆體檢測儀的製作方法

2023-11-11 16:46:42

專利名稱：一種超聲波牆體檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種牆體檢測儀，尤其是ー種超聲波牆體檢測儀。
背景技術：
目前，國內公知的牆體檢測儀都是基於麥克斯韋電磁場理論而設計的，交變的電流會在其周圍產生交變的電磁場，通過電磁檢測來達到檢測牆內金屬管道，交流電線的目的。鑑於基於電磁檢測的牆體檢測儀會向周圍輻射出一定量的電磁波，對操作者造成一定的輻射，不符合相關標準。此外，一般的牆體檢測儀不能很好的檢測出牆內的非金屬和非導體材料的分布情況，造成檢測困難，容易造成錯誤判斷。 發明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種超聲波牆體檢測儀。本實用新型為解決上述技術問題，採用如下技術方案一種超聲波牆體檢測儀包括超聲波發射裝置、超聲波接收裝置，其中所述超聲波發射裝置包括同步掃描電路、超聲波發射電路、發射探頭，超聲波發射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發射電路的輸出端與發射探頭連接;所述超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、微控制器、報警器，其中，所述接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、模數轉換器依次連接，模擬轉換器的數據輸出端與微控制器的數據輸入端連接，微處理器的高電平輸出端與報警器連接。所述超聲波牆體檢測儀中，微處理器為AT89C51晶片。所述超聲波牆體檢測儀中，模數轉換器為AD7705晶片。本實用新型採用上述技術方案，具有以下有益效果能快速、方便地檢測出牆內非金屬、非導體材料的分布情況。整個超聲波檢測儀採用模塊化設計，各模塊相對獨立、精度高，超聲波檢測儀的抗幹擾能力強，明顯優於傳統的牆體探測儀。

圖I是超聲波牆體檢測儀的模塊圖。圖2是同步掃描電路的原理圖。圖3是超聲波發射電路的原理圖。圖4是由AD621構成的前置放大模塊電路原理圖。圖5是四節八階帶通濾波器電路原理圖。圖6是由AD9631構成的後級放大模塊的電路原理圖。圖7是由A/D轉換晶片AD7705與微處理器AT89C51的接ロ電路原理圖。[0018]圖8是微處理器AT89C51的管腳分布圖。圖9是LED報警指示燈電路原理圖。圖中標號說明U1A UlI均為反相器，R1 R27均為電阻，C1 C13均為電容，D1 D3均為ニ極管，Q1、Q2均為三極體，Q3為功率開關管，LI為電感。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明如圖I所示的超聲波牆體檢測儀，包括超聲波發射裝置、超聲波接收裝置。超聲波發射裝置包括同步掃描電路、超聲波發射電路、發射探頭，超聲波發射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發射電路的輸出端與發射探頭連接。同步掃描電路產生同步脈衝，同步脈衝觸發超聲波發射電路產生一個高壓電脈衝，高壓電脈 衝激勵超聲換能器(壓電晶片)發出超聲波，超聲波通過發射探頭髮射出去，超聲波經過耦合進入待測腔體傳播。超聲波接收裝置包括依次連接的接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、模數轉換器、微控制器、報警器。接收探頭將接收到的待檢測牆體返回的超聲波轉化為微弱的電脈衝，微弱電脈衝經前置放大電路放大後進入帶通濾波電路進行濾波、整形(小波降噪)，後級放大電路對帶通濾波模塊處理後的模擬信號進行放大得到有用的信號，供數據採集和處理時用。模數轉換器將後級放大電路輸出的模擬信號轉換為數位訊號，微處理器比較模數轉換器輸送的數位訊號的特徵值和存儲器中預存的同頻率超聲波在均勻牆體(無牆體缺陷)中的反射信號的特徵值，在特徵值的差值超出範圍時發出電信號，報警器報警。同步掃描電路是用來產生同步脈衝和可調延時觸發脈衝的，其原理圖如圖2所示。該電路由HEF40106BP六反相器構成，第I級由電容Cl、電阻R1、電位器R2和反相器UlA構成多諧振蕩器，第2級由電容C2、電阻R3和反相器UlB構成上升沿觸發的單穩態電路，第3級為一反相器U1C，第4級由電容C3、電阻R4和反相器UlD構成下降沿觸發的單穩態電路，第5級由電容C4、電位器R5、電阻R6和反相器UlE構成下降沿觸發的單穩態電路。如圖3所示為超聲波發射電路，發射電路的作用是產生一個持續時間很短的脈衝電壓去激勵超聲波傳感器(換能器)，使超聲波傳感器(換能器)發射超聲波。發射的脈衝越窄，設備的縱向分辨カ越好，而發射的峰值電壓越大，探査的靈敏度就越高。本裝置採用的是ー種新的發射電路，此電路不需要提供高的直流電源，就可以產生高達幾百伏的超聲探頭觸發脈衝，電路原理圖如圖3所示。電路中三極體Ql (8050)和三極體Q2 (8550)構成ー驅動電路。一般的中功率VMOS管會有納法級的柵電容，開關電壓為7 10V，最大上升時間為幾十納秒。這樣在產生驅動VMOS管的門脈衝時，有時會高達幾安培的門電流，這超出了 TTL晶片的驅動能力。為提高脈衝幅值需增強VMOS管的開關特性，圖3中兩個雙極型三極體構成功率放大電路，驅動後級VMOS管Q3。超聲波發射電路以VMOS為開關元件，採用脈衝波激勵方式，靠電感儲能形成觸發脈衝，不需要高電壓供電，其儲能僅與換路時的電感電流平方成正比。當觸發脈衝在正脈衝期間，Q3的柵極為高電平，Q3相當於ー個小電阻，電感LI與此電阻串聯，並和電壓源一起構成ー迴路，對電感進行充電，電感電流上升進行儲能。當觸發脈衝在負脈衝期間，Q3的柵極為低電平，Q3快速關斷，L1、C5、R8和R9組成諧振電路快速放電，形成激勵脈衝。ニ極管D1、D2、D3起單項開關的作用。電阻R7的起到分壓的作用，以便保護Q3電路中R8的作用是用來調節脈衝的幅值大小，當増加R8的阻值時，脈衝的幅值會變大。利用軟體仿真分析，獲得相關元器件的最佳值(已標在電路原理圖中)，以使超聲波傳感器(換能器)發射的效率最高。如圖4所示為超聲波信號接收裝置的前置放大模塊，由於聲波在不同媒質交界面上的反射和散射以及同一媒質傳播都會引起聲能的衰減，實際壓電晶片接收到的聲信號已經非常微弱，現場幹擾信號可能把實際聲信號淹沒。因此，要求前置放大電路不僅要有較大的輸入阻抗，高的共模抑制比，而且噪聲要低，並滿足檢測頻帶寬度。本裝置的前置放大電路使用的是儀表放大器AD621。由於儀表放大器是ー種經過優化處理，專門設計的精密差分電壓放大器，所以它具有很多優點，如共模抑制比高、非線性誤差小、輸入阻抗高、低噪聲、低失調電壓和失調電壓漂移，並帶有差動輸入、可變增益輸出。從儀表放大器的特點來看，非常適合對微弱的電壓信號進行放大。電阻Rll、RlO起到平衡電阻的作用，使得運放兩個端子的電壓平衡，從而使運放的偏置電流不會產生附加的失調電壓。如圖5為信號的帶通濾波模塊的電路原理圖，壓電晶片接收到的信號經AD621放·大以後，還包含噪聲，要進行濾波處理，以提取有用的信號。由於壓電晶片的中心頻率為500kHz，所以設計的濾波器應為中心頻率為500kH的帶通濾波器。濾波器的設計指標有中心頻率f0=500kHz，品質因素Q ^ 10，放大倍數Av=I。為了獲得更好的濾波效果，採用級聯的方法實現高階帶通濾波器。採用查表法設計帶通濾波器，並用軟體進行設計。最後的濾波電路是由四節相同結構的ニ階帶通濾波器採用級聯的方法構成的高階帶通濾波器。帶通濾波器中所用的運算放大器選用LM149，其帶寬為4MHz，可以滿足帶通濾波器的要求。電路選用精度為1%的電阻，以便方便實際電路的調試。R12、R16、R20、R24都是阻值為11. 4kΩ的電阻，R13、R17、R21、R25 都是阻值為 315 Ω 的電阻，R14、R15、R18、R19、R22、R23、R26、R27都是阻值為20k Ω的電阻，C6-C13都是容值為IOOpF的電容，反相器UlF-UlI為LM149晶片。電阻R12、R13、R14、R15，電容C6、C7，反相器UlF構成ー階濾波電路，電阻R16、R17、R18、R19，電容C8、C9，反相器UlG構成ニ階濾波電路，電阻R20、R21、R22、R23，電容C10、C11，反相器UlH構成三階濾波電路，電阻R24、R25、R26、R27，電容C12、C13，反相器UlI構成四階濾波電路。如圖6所示為後級放大模塊的電路原理圖，帶通濾波器的輸出信號經過由AD9631組成的同相放大的接收電路處理後，就可以得到ー個有用的信號，供後續電路進行採樣處理。如圖7所示為A/D轉換晶片AD7705與微處理器AT89C51的接ロ電路原理圖。AD7705是AD公司新推出的16位Σ-Λ A/ D轉換器，可用於測量低頻模擬信號。這種器件帶有增益可編程放大器，可通過軟體編程來直接測量傳感器輸出的各種微小信號。AD7705/ AD7706具有解析度高、動態範圍廣、自校準等特點，因而非常適合於エ業控制、儀表測量等領域。其中，AD7705具有兩個全差分輸入通道，而AD7706則具有三個準差分輸入通道。本實用新型是採用AD7705，因為其主要具有以下優點①具有16位無丟失代碼；②非線性度為O. 003 % ;③增益可編程，其可調整範圍為I 128 ;④輸出數據更新率可編程；⑤可進行自校準和系統校準；⑥帶有三線串行接ロ ；⑦採用3V或5V工作電壓，功耗低。AT89C51的管腳圖如圖8所示，用AT89C51與AD7705直接相連來對超聲波傳感器信號進行模數轉換，為了能用軟體有效地控制AD7705的復位，圖7中特意把RESET與AT89C51的Pl. 2相連，這樣可以保證AD7705能可靠的復位。在應用時，把DRDY接到AT89C51的INTl，可以使AD7705在轉換結束後使單片機產生中斷，以讀取最新的轉換數據。如圖9所示的LED報警指示燈電路原理圖。利用AT89C51單片機系統對同頻率超聲波在均勻牆體(無牆體缺陷)中的反射信號的特徵值和實際接收到的信號特徵值進行 比對，當兩種特徵值的差別超出一定範圍吋，單片機給出電信號，點亮報警燈，以此達到檢測出牆內管道的目的。
權利要求1.一種超聲波牆體檢測儀，其特徵在於包括超聲波發射裝置、超聲波接收裝置，其中 所述超聲波發射裝置包括同步掃描電路、超聲波發射電路、發射探頭，超聲波發射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發射電路的輸出端與發射探頭連接； 所述超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、微控制器、報警器，其中，所述接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、模數轉換器依次連接，模擬轉換器的數據輸出端與微控制器的數據輸入端連接，微處理器的高電平輸出端與報警器連接。
2.根據權利要求I所述的超聲波牆體檢測儀，其特徵在於，所述微處理器為AT89C51晶片。
3.根據權利要求I所述的超聲波牆體檢測儀，其特徵在於，所述模數轉換器為AD7705晶片。
專利摘要本實用新型涉及一種牆體檢測儀，尤其是一種超聲波牆體檢測儀。所述超聲波牆體檢測儀包括超聲波發射裝置、超聲波接收裝置。超聲波發射裝置包括同步掃描電路、超聲波發射電路、發射探頭。超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、後級放大電路、微控制器、報警器。所述超聲波牆體監測儀通過採集經過牆體傳播的超聲波的特徵值，並與存儲的超生波規定特徵值比較，在採集的超聲波特徵值超範圍時發出警報。所述超聲波牆體檢測儀採用模塊化設計，各模塊獨立工作，快速方便檢測出牆內非金屬、非導體材料的分布情況。
文檔編號G01N29/04GK202453327SQ20122003906
公開日2012年9月26日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者張思俊 申請人:張思俊