探傷儀的增益補償方法
2023-12-04 18:20:56
專利名稱：探傷儀的增益補償方法
技術領域：
本發明涉及一種探傷儀的增益補償方法。
背景技術：
在超聲波探傷應用中，超聲波由換能器發射後，在被檢測工件中傳播時，聲波逐漸衰減，因此，若被測工件中存在缺陷，聲波反射的聲強隨缺陷深度增加而減小。為了使深部缺陷有較明顯的顯示，在某些應用中，超聲接收放大器的增益通常設計成隨深度(即時間)增加而提高，即深度補償。可以實現深度補償的放大器也稱程控放大器，即Amp，大多已做成集成電路，它的放大量隨電壓控制端的電壓變化，其增益(dB)與控制電壓Vcont幾乎成線性關係。
在模擬控制方式中，通常是在基本增益控制電壓(某個直流電壓值)基礎上迭加一個鋸齒電壓。鋸齒電壓的起始點由一個延遲電路控制，鋸齒波由一個鋸齒波發生器產生，如圖1、2所示。
圖1中t1的值和對應的斜率tg通常是由二個電位器分別調節。這個電路存在以下缺點1.只能按同一個曲線規律控制增益，即只有兩段的增益，如果想強調某一深度範圍的增益，電路將複雜得多，難以實現，成本也很高。
2.如果具有多個探頭，每個探頭都是一個通道，各個通道有各自的控制要求，這個電路就變得更加繁雜，並需要很多電位器，進一步增加了電路的成本。
3.在實際使用過程中，由於難以對電位器等元件進行調節，也就無法隨時對參數修改，因此無法適應使用的需求。
發明內容
本發明的目的是對現有技術進行改進，提供一種探傷儀的增益補償方法，可以對多個探頭進行多段的增益補償，控制起來非常方便，並且修改參數非常容易，採用的技術方案如下本發明的探傷儀的增益補償方法，該方法通過含CPU模塊、可編程邏輯器件和數模轉換器的裝置對探傷儀的程控放大器電壓控制端的電壓進行控制，實現增益補償，該方法包括以下步驟(1)設定各通道的時間參數(時間參數就是某一時間的計數值)和與之對應的增益數據參數；(2)控制面板將通道號信號傳送到CPU模塊；(3)CPU模塊根據通道號將對應的通道的參數傳送到可編程邏輯器件，同時啟動可編程邏輯器件；(4)可編程邏輯器件計時，並將計時的時間值(可編程邏輯器件計時獲得的某一時間的計數值)和通道參數的各時間參數比較；(5)如果計時的時間值等於通道參數中的某個時間參數，則將通道參數中與該時間參數對應的增益數據輸出到數模轉換器；(6)數模轉換器將增益數據轉換成控制電壓，傳送到程控放大器，並返回步驟4。也就是說可編程邏輯器件一直在不間斷的計時，直到計時的時間值等於通道參數中的另一個時間參數，再到步驟5。
本文中，增益數據，即dB數據，指的是程控放大器電壓控制端的電壓數據。
所述可編程邏輯器件包括隨機讀寫存貯器RAM、通道號及控制寄存器、時鐘計數器、段位置寄存器及比較器，隨機讀寫存貯器RAM的第一信號輸入端連接CPU模塊的數據信號輸出端，通道號及控制寄存器的控制信號輸入端連接CPU模塊的控制信號輸出端，通道號及控制寄存器的第一信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第二信號輸入端，通道號及控制寄存器的第二信號輸出端連接段位置寄存器的第一信號輸入端，段位置寄存器的第二信號輸入端連接時鐘計數器的信號輸出端，段位置寄存器的信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第三信號輸入端，隨機讀寫存貯器RAM的信號輸出端連接數模轉換器的信號輸入端。數模轉換器的信號輸出端連接程控放大器的電壓控制信號端。
所述裝置還包括面板按鈕及編碼器，面板按鈕及編碼器的信號輸出端連接CPU模塊的信號輸入端。
由於探傷儀包括多個探頭，每個探頭對應一個通道，假定通道號為Ch#，段號為Sec#。Ch#可以是CH1或CH2或CH3等，Sec#可以是Sec1或Sec2或Sec3等。
CPU模塊把依次把所需各通道的各種參數也按一定順序寫入RAM中，就是依次把各通道的多段Sec#的時間參數和所對應的增益控制電壓的參數，即增益數據，按一定順序寫入RAM中。在工作時，CPU模塊向「通道及控制」提供通道號Ch#，並發出「Start」(開始)指令。計數器對時鐘Clock計數，其計數值(就是時間值)與電路事先設計好的值(某一補償點對應的計數值，就是時間參數)進行比較，如果與其中一個時間參數相符時，該Sec#和Ch#使RAM讀出一個新的dB數據，到D/A變換器形成dB控制電壓，使程控放大器Amp的增益產生相應的變化。當Sec#由第1到第n(n為大於等於2的整數)，則放大器在一次Ch#工作過程，其增益變化了n次。同樣在CH#由1到n，放大器完成了對n個通道信號的公共放大部分的增益控制。
CPU模塊在實時控制過程會定時掃描控制面板的按鍵和編碼器。當操作者通過面板要求修改某Ch#的Sec#參數時，CPU模塊會把新的參數寫入至RAM中，下一周期開始，RAM會在適當的時候讀出新的參數去完成相應的dB控制。
本方案的特點在於1.對每個Ch#來看，其增益控制為n點，即有n段dB值。各段的間隔在設計時按需要確定(不必等分)，並按Clock的計數值(即時間參數)設定在比較器部分的寄存器中，這些值相對固定。這是因為如每個Ch#都要改變，則電路會變得更複雜，因此將各通道的這些時間參數都設得相同比較好。
2.每個Ch#都有自己的n段dB值，各段都是獨立的，因此，設置很靈活，如果要特別強調和提升某部分深度信號，或特別抑制某部分深度的幹擾信號，都很有效。
3.由於多個通道共享公共放大通道，各個通道要求不同，又都有自己的n個dB值，各通道互不影響，使用效果很好。
4.可以通過CPU監視面板操作，按操作者要求隨時改變參數，實時修改某Ch#和某Sec#的dB，非常靈活方便。
5.由於是數字控制，再加上程控放大器對dB控制電壓的要求很高，只要D/A變換器的有足夠高的bit數，其dB值控制很精確。
綜上所述，本發明對照現有技術的有益效果是，由於通過CPU模塊和可編程邏輯器件來控制程控放大器的電壓控制端的電壓變化，實現增益補償，因此對探傷儀的增益控制非常精確，並且非常方便，可以對多個探頭進行控制，每個探頭又可以分為多段進行增益補償。
圖1是本發明背景技術的增益相對於時間的變化示意圖；圖2是本發明背景技術的電路原理框圖；圖3是本發明優選實施例的增益相對於時間的變化示意圖；圖4是本發明優選實施例的電路原理框圖；圖5是本發明優選實施例的軟體流程框圖。
具體實施例方式
如圖3-5所示，本優選實施例中的探傷儀的增益補償方法，該方法通過含CPU模塊、可編程邏輯器件和數模轉換器的裝置對探傷儀的程控放大器電壓控制端的電壓進行控制，實現增益補償，該方法包括以下步驟(1)設定各通道的時間參數(時間參數就是某一時間的計數值)和與之對應的增益數據參數；(2)控制面板將通道號信號傳送到CPU模塊；
(3)CPU模塊根據通道號將對應的通道的參數傳送到可編程邏輯器件，同時啟動可編程邏輯器件；(4)可編程邏輯器件計時，並將計時的時間值(可編程邏輯器件計時獲得的某一時間的計數值)和通道參數的各時間參數比較；(5)如果計時的時間值等於通道參數中的某個時間參數，則將通道參數中與該時間參數對應的增益數據輸出到數模轉換器；(6)數模轉換器將增益數據轉換成控制電壓，傳送到程控放大器，並返回步驟4。也就是說可編程邏輯器件一直在不間斷的計時，直到計時的時間值等於通道參數中的另一個時間參數，再到步驟5。
所述可編程邏輯器件包括隨機讀寫存貯器RAM、通道號及控制寄存器、時鐘計數器、段位置寄存器及比較器，隨機讀寫存貯器RAM的第一信號輸入端連接CPU模塊的數據信號輸出端，通道號及控制寄存器的控制信號輸入端連接CPU模塊的控制信號輸出端，通道號及控制寄存器的第一信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第二信號輸入端，通道號及控制寄存器的第二信號輸出端連接段位置寄存器的第一信號輸入端，段位置寄存器的第二信號輸入端連接時鐘計數器的信號輸出端，段位置寄存器的信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第三信號輸入端，隨機讀寫存貯器RAM的信號輸出端連接數模轉換器的信號輸入端。數模轉換器的信號輸出端連接程控放大器的電壓控制信號端。
所述裝置還包括面板按鈕及編碼器，面板按鈕及編碼器的信號輸出端連接CPU模塊的信號輸入端。
由於探傷儀包括多個探頭，每個探頭對應一個通道，假定通道號為Ch#，段號為Sec#。Ch#可以是CH1或CH2或CH3等，Sec#可以是Sec1或Sec2或Sec3等。
CPU模塊依次把所需各通道的各種參數也按一定順序寫入RAM中，就是依次把各通道的多段Sec#的時間參數和所對應的增益控制電壓的參數，即增益數據，按一定順序寫入RAM中。在工作時，CPU模塊向「通道及控制」提供通道號Ch#，並發出「Start」(開始)指令。計數器對時鐘Clock計數，其計數值(時間值)與電路事先設計好的值(某一補償點對應計數值，即時間參數)進行比較，如果與其中一個時間參數相符時，該Sec#和Ch#使RAM讀出一個新的dB數據，到D/A變換器形成dB控制電壓，使程控放大器Amp的增益產生相應的變化。當Sec#由第1到第n(n為大於等於2的整數)，則放大器在一次Ch#工作過程，其增益變化了n次。同樣在CH#由1到n，放大器完成了對n個通道信號的公共放大部分的增益控制。
CPU模塊在實時控制過程會定時掃描控制面板的按鍵和編碼器。當操作者通過面板要求修改某Ch#的Sec#參數時，CPU模塊會把新的參數寫入至RAM中，下一周期開始，RAM會在適當的時候讀出新的參數去完成相應的dB控制。
本方案的特點在於1.對每個Ch#來看，其增益控制為n點，即有n段dB值。各段的間隔在設計時按需要確定(不必等分)，並按Clock的計數值(即時間參數)設定在比較器部分的寄存器中，這些值相對固定。這是因為如每個Ch#都要改變，則電路會變得更複雜，因此將各通道的這些時間參數都設得相同比較好。
2.每個Ch#都有自己的n段dB值，各段都是獨立的，因此，設置很靈活，如果要特別強調和提升某部分深度信號，或特別抑制某部分深度的幹擾信號，都很有效。
3.由於多個通道共享公共放大通道，各個通道要求不同，又都有自己的n個dB值，各通道互不影響，使用效果很好。
4.可以通過CPU監視面板操作，按操作者要求隨時改變參數，實時修改某Ch#和某Sec#的dB，非常靈活方便。
5.由於是數字控制，再加上程控放大器對dB控制電壓的要求很高，只要D/A變換器的有足夠高的bit數，其dB值控制很精確。
電路為10通道，每通道8段dB控制。CPU模塊為外購，為ARM9處理器。隨機讀寫存貯器、通道號寄存器、時鐘計數器及段位置寄存器、比較器等電路是使用可編程邏輯器件(Xilinx公司的XC2S100)，電路設計經彙編後加載和固化到XC2S100器件中，完成相應的邏輯。為提高控制精度，D/A變換器用14bit的AD7840(實際使用11bit)，程控放大器使用AD604。Clock時鐘為40MHz。
軟體控制的流程如圖5在開始步驟101之後，進行初始化步驟101，然後步驟103依次把所需各通道的各種參數也按一定順序寫入RAM中，就是依次把各通道Ch#的多段Sec#的時間參數和所對應的增益控制電壓的參數，即增益數據的預設值或前次工作的值，按一定順序寫入RAM中。接著，步驟104掃描控制面板的按鍵，如果有鍵按下，則進入步驟105進行鍵處理，沒有則跳到步驟108。步驟105之後接著進入步驟106檢測是否對db數據進行修改，有則進入步驟107按Ch#、Sec#修改RAM相關單元的內容，沒有則跳到步驟108。步驟108等待中斷Int1，然後步驟109送Ch#、Start命令儀器自動實時工作及採集，接著步驟110等待中斷Int2，步驟111進行數據處理，然後返回步驟103。
權利要求
1.一種探傷儀的增益補償方法，該方法通過含CPU模塊、可編程邏輯器件和數模轉換器的裝置對探傷儀的程控放大器電壓控制端的電壓進行控制，實現增益補償，該方法包括以下步驟(1)設定各通道的時間參數和與之對應的增益數據參數；(2)控制面板將通道號信號傳送到CPU模塊；(3)CPU模塊根據通道號將對應的通道的參數傳送到可編程邏輯器件，同時啟動可編程邏輯器件；(4)可編程邏輯器件計時，並將計時的時間值和通道參數的各時間參數比較；(5)如果計時的時間值等於通道參數中的某個時間參數，則將通道參數中與該時間參數對應的增益數據輸出到數模轉換器；(6)數模轉換器將增益數據轉換成控制電壓，傳送到程控放大器，並返回步驟(4)。
2.如權利要求1所述的探傷儀的增益補償方法，其特徵在於所述可編程邏輯器件包括隨機讀寫存貯器RAM、通道號及控制寄存器、時鐘計數器、段位置寄存器及比較器，隨機讀寫存貯器RAM的第一信號輸入端連接CPU模塊的數據信號輸出端，通道號及控制寄存器的控制信號輸入端連接CPU模塊的控制信號輸出端，通道號及控制寄存器的第一信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第二信號輸入端，通道號及控制寄存器的第二信號輸出端連接段位置寄存器的第一信號輸入端，段位置寄存器的第二信號輸入端連接時鐘計數器的信號輸出端，段位置寄存器的信號輸出端連接隨機讀寫存貯器RAM的第三信號輸入端，隨機讀寫存貯器RAM的信號輸出端連接數模轉換器的電壓控制端。
3.如權利要求1或2所述的探傷儀的增益補償方法，其特徵在於所述裝置還包括面板按鈕及編碼器，面板按鈕及編碼器的信號輸出端連接CPU模塊的信號輸入端。
全文摘要
一種探傷儀的增益補償方法，該方法通過含CPU模塊、可編程邏輯器件和數模轉換器的裝置對探傷儀的程控放大器電壓控制端的電壓進行控制，實現增益補償，該方法包括以下步驟(1)設定各通道的時間參數和與之對應的增益數據參數；(2)控制面板將通道號信號傳送到CPU模塊；(3)CPU模塊根據通道號將對應的通道的參數傳送到可編程邏輯器件，同時啟動可編程邏輯器件；(4)可編程邏輯器件計時，並將計時的時間值和通道參數的各時間參數比較；(5)如果計時的時間值等於通道參數中的某個時間參數，則將通道參數中與該時間參數對應的增益數據輸出到數模轉換器；(6)數模轉換器將增益數據轉換成控制電壓，傳送到程控放大器，並返回步驟4。
文檔編號G01N29/44GK1945306SQ20061003653
公開日2007年4月11日 申請日期2006年7月12日 優先權日2006年7月12日
發明者劉悟日, 林廣峰, 盧可金, 張定成, 陳澤斌 申請人:廣東汕頭超聲電子股份有限公司