一種彎管裂紋無線超聲檢測系統的製作方法
2023-05-03 07:43:06 1
專利名稱：一種彎管裂紋無線超聲檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明是關於熱煨彎裂紋檢測技術，特別是關於一種彎管裂紋無線超聲檢測系統。
背景技術：
目前，在長輸管道建設中大量應用熱煨彎管，現有的常用的對熱煨彎管的超聲裂紋的檢測分為兩種，一種是通過手持超聲檢測儀逐點對彎管部位進行檢測，由於這種檢測方法需要人工進行彎管管體各個位置的檢測，檢測速度慢，使得整個檢測過程的時間較長，且不能對檢測數據進行存儲分析；另一種是通過自動掃查裝置對彎管管體裂紋進行檢測，該裝置在彎管內進行自動檢測時，信號傳輸通過網線完成，網線在檢測時容易反覆纏繞，容易產生接觸不良、通訊故障甚至斷裂的問題。因此，亟需一種全新的熱煨彎管裂紋檢測的信號採集和存儲方案，從根本上解決上述現有技術中存在的問題。
發明內容
本發明實施例的主要目的在於提供一種彎管裂紋無線超聲檢測系統，以解決現有技術中存在的速度慢、不能存儲分析，用網線傳輸容易造成的繞線、接觸不良、通訊故障的問題。為了實現上述目的，本發明實施例提供一種彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統包括工控機、第一射頻通信模塊、第二射頻通信模塊、超聲採集器及檢測探頭；所述的工控機通過USB數據線與所述的第一射頻模塊連接，所述的第一射頻通信模塊與第二射頻通信模塊無線連接，所述的第二射頻通信模塊通過USB數據線所述的超聲採集器連接，所述的超聲採集器通過同軸電纜與所述的檢測探頭連接；所述的工控機通過所述的第一射頻通信模塊及第二射頻通信模塊向所述的超聲採集器發送控制信號，所述的超聲採集器根據所述的控制信號控制所述的檢測探頭進行超聲信號檢測，並將檢測的所述超聲信號發送給所述的工控機。
進一步地，所述的檢測探頭包括用於檢測彎管內部裂紋及軸向和深度的三維坐標的TOFD探頭及用於檢測彎管表面裂紋的橫向探頭。進一步地，所述的TOFD探頭包括T0FD發射探頭及TOFD接收探頭。進一步地，所述的橫向探頭包括橫向發射探頭及橫向接收探頭。進一步地，所述的超聲採集器包括USB接口電路、FPGA電路、超聲信號發射電路、模擬信號輸入電路及A/D數模轉換電路；所述的USB接口電路與FPGA電路連接，所述的FPGA電路與超聲信號發射電路連接，所述的超聲信號發射電路與模擬信號輸入電路連接，所述的模擬信號輸入電路與A/D數模轉換電路連接，所述的A/D數模轉換電路與FPGA電路連接。進一步地，所述的第一射頻通信模塊及二射頻通信模塊分別包括天線。進一步地，所述的第一射頻通信模塊及第二射頻通信模塊分別包括天線。
本發明實施例的有益效果在於，本發明的彎管裂紋無線超聲檢測系統可以解決現有技術中存在的速度慢、不能存儲分析，用網線傳輸容易造成的繞線、接觸不良、通訊故障的問題。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例彎管裂紋無線超聲檢測系統的結構示意圖；圖2為本發明實施例超聲發射電路的結構示意圖；圖3為本發明實施例數位訊號到FPGA的接口電路示意圖；圖4為本發明實施例的模擬信號輸入電路示意圖；圖5為本發明實施例的A/D數模轉換電路示意圖；圖6時本發明實施例FPGA電路與USB接口的外圍電路；圖7是FPGA電路與第二射頻通信模塊103的USB接口電路的連接示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖1所示，本發明提供一種彎管裂紋無線超聲檢測系統，該彎管裂紋無線超聲檢測系統包括工控機101、第一射頻通信模塊102、第二射頻通信模塊103、超聲採集器104及檢測探頭。工控機101通過USB數據線與第一射頻模塊102連接(工控機101的USB接口連接射第一頻通信模塊102的USB接口)，第二射頻通信模塊103通過USB數據線超聲採集器104連接(第二射頻通信模塊103的USB接口與超聲採集器的通訊口連接)，超聲採集器104通過同軸電纜與檢測探頭連接。第一射頻通信模塊102及第二射頻通信模塊103均包含天線，二者之間無線連接，解決了用網線傳輸容易造成的繞線、接觸不良、通訊故障的問題。工控機101通過第一射頻通信模塊102及第二射頻通信模塊103向超聲採集器104發送控制信號。超聲採集器104通過第二射頻通信模塊103的USB接口接收程序軟體傳過來的控制字，按照接收的控制字對超聲發射接收過程進行控制，並把接收的超聲信號以數據包的形式傳輸給工控機101。如圖1所示，檢測探頭包括T0FD探頭(C563-SM)及橫向探頭(PRI7. 5)，TOFD探頭用於檢測彎管內部裂紋及軸向和深度的三維坐標，橫向探頭用於檢測彎管表面裂紋的，解決了 TOFD檢測技術存在表面盲區、對表面缺陷容易漏檢的技術難題，用於熱煨彎管質量評判。TOFD探頭及橫向探頭均未一對，採用一發一收的工作方式，TOFD探頭包括T0FD發射探頭及TOFD接收探頭，橫向探頭包括橫向發射探頭及橫向接收探頭。圖1中的工控機101採用JPC-1504類產品，兩個射頻通信模塊可選擇CC1100型號產品，TOFD探頭可選C563-SM類產品，橫向探頭可選PRI7. 5類產品。超聲採集器104包括USB接口電路、FPGA電路、超聲信號發射電路、模擬信號輸入電路及A/D數模轉換電路，FPGA電路為超聲採集器104的整個電路的核心部分。USB接口電路與FPGA電路連接，FPGA電路與超聲信號發射電路連接，超聲信號發射電路與模擬信號輸入電路連接，模擬信號輸入電路與A/D數模轉換電路連接，A/D數模轉換電路與FPGA電路連接。由FPGA晶片構成超聲信號採集系統，FPGA晶片採用EP2S30F672C3，屬於AltraStratix II系列，FPGA的配置通過設計的USB接口下載配置。模擬信號輸入電路、A/D數模轉換電路及FPGA電路時本領域技術人員公知的典型的應用電路，本實施例中給出的應用電路僅用於說明本發明的可實現性，並不用於限定本發明。超聲發射電路的結構如圖2所示，超聲發射電路向TOFD發射探頭及橫向發射探頭髮射負脈衝信號，脈衝信號的寬度由FPGA電路控制，負脈衝信號經TOFD發射探頭及橫向發射探頭壓電轉換，產生超聲波，超聲波在彎管管壁中傳播，遇到缺陷時，反射回波信號，被TOFD接收探頭及橫向接收探頭接收，經超聲信號採集電路處理，被FPGA電路接收，經FPGA電路運算處理後，通過第二射頻通信模塊103傳輸給工控機101，進行顯示和缺陷評判。同時FPGA電路接收工控機101的參數文件，對超聲採集器104的整個電路進行控制。超如圖2所示，由FPGA電路來的發射脈衝信號SEND1、SEND2 (如圖3所示)控制驅動晶片MAX4420，由MAX4420和MOS驅動管Q1、Q2產生負脈衝超聲激勵信號0UT1、0UT2，分別到TOFD發射探頭和橫向發射探頭，發射電壓達一 200VDC，發射脈寬可通過編程由FPGA電路輸出的脈衝信號 SEND1、SEND2 調節。超聲信號採集電路由圖4的模擬信號輸入電路、圖5的A/D數模轉換電路及圖3的數位訊號到FPGA的接口電路組成。如圖4所示，TOFD發射探頭及橫向發射探頭採集的模擬信號IN1、IN2通過高輸入阻抗運算放大器AD820進行放大，將微弱的超聲信號放大為電路可處理的電信號，再經單端轉差分晶片AD8138轉換成差分信號ADVINAN和ADVINAP、ADVINBN和ADVINBP，進入圖5的A/D數模轉換電路，經ADC晶片AD9238BST-40轉換成數位訊號，數字電源與模擬電源之間採用一個磁珠進行了隔離，數位訊號ADBUF[23，O]供FPGAEP2S30P672C3 採集處理。 圖6時本發明實施例FPGA電路與USB接口的外圍電路，圖7是FPGA電路與第二射頻通信模塊103的USB接口電路的連接示意圖。採用了 FPGA的BAKl和BAK2，接口電源是 3. 3V。數據線 FD[15 0] \ FD[7 0]為雙向數據線，由 USB 接 口晶片 CY7C68013A-56PVXC中的固件程序選擇是8位還是16位數據線；RDY0/SLRD信號線用於FPGA對端點進行讀操作的使能信號，設置為下降沿有效；RDY1/SLWR用於FPGA對端點進行寫操作的使能信號，設置為下降沿有效；CTL0/FLAGA引腳，CTLO為GPIF控制輸出，FLAGA為可編程從屬FIFO輸出狀態標誌信號；CTL1/FLAGB和CTL1/FLAGC為端點FIFO的空滿標誌，FLAGB代表「滿"，FLAGC代表「空」;PA0/INT0#引腳，PAO為雙向I/O 口，INTO#是8051的INTO中斷輸入信號；PA1/INTI#引腳，PAl是雙向I/O 口引腳，INT1#是8051的INTl中斷輸入信號；PA2/SL0E引腳，PA2雙向I/O 口引腳，SLOE提供FD輸入、輸出使能信號;PA3/WU2引腳，PA3是雙向I/O 口引腳，WU2為USB喚醒交替源；端點選擇接口 PA4/FIF0ADR0和PA5/FIF0ADR1，用於選擇與FD相連的接收數據端點緩衝區；PA6/PKTEND引腳，PA6是雙向I/O 口引腳，PKTEND可編程，用於連接到FD[15:0]的從屬FIFO ；PA7/SLCS#引腳，PA7是雙向I/O引腳，SLCS#用於控制所有其他從屬FIFO的使能/選通；WAKEUP引腳用於USB喚醒；SCL引腳是I2C總線接口時鐘；SDA引腳是I2C總線接口 ；IFCLK引腳為接口時鐘，用於從屬FIFO數據輸入、輸出的同步時鐘；CLK0UT引腳為12MHz、24MHz或48MHz時鐘，相位鎖定在24MHz輸入時鐘；RST#引腳高電平有效，可復位整個晶片；XTALIN和XTAL0UT為晶體輸入輸出。FPGA晶片通過USB接口晶片CY7C68013A-56PVXC與第二射頻通信模塊103的USB埠連接，CY7C68013A-56PVXC集成USB2. O的收發器和一個8051CPU。當計算機發出採集命令後，FPGA高速採集AD晶片轉換後的數位訊號，並通過晶片CY7C68013A-56PVXC的埠D十、D —將採集的數據發送給計算機，由計算機進行數據分析與顯示，解決現有技術中存在的速度慢、不能存儲分析的問題。本發明的彎管裂紋無線超聲檢測系統採用射頻通信模塊進行無線通信，消除了用網線傳輸容易造成的繞線及接觸不良的缺陷。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關的硬體來完成，該程序可以存儲於一計算機可讀取存儲介質中，比如R0M/RAM、磁碟、光碟等。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統包括工控機、第一射頻通信模塊、第二射頻通信模塊、超聲採集器及檢測探頭；所述的工控機通過USB數據線與所述的第一射頻模塊連接，所述的第一射頻通信模塊與第二射頻通信模塊無線連接，所述的第二射頻通信模塊通過USB數據線所述的超聲採集器連接，所述的超聲採集器通過同軸電纜與所述的檢測探頭連接；所述的工控機通過所述的第一射頻通信模塊及第二射頻通信模塊向所述的超聲採集器發送控制信號，所述的超聲採集器根據所述的控制信號控制所述的檢測探頭進行超聲信號檢測，並將檢測的所述超聲信號發送給所述的工控機。
2.根據權利要求1所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的檢測探頭包括用於檢測彎管內部裂紋及軸向和深度的三維坐標的TOFD探頭及用於檢測彎管表面裂紋的橫向探頭。
3.根據權利要求2所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的TOFD探頭包括=TOFD發射探頭及TOFD接收探 頭。
4.根據權利要求2所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的橫向探頭包括橫向發射探頭及橫向接收探 頭。
5.根據權利要求3或4所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的超聲採集器包括USB接口電路、FPGA電路、超聲信號發射電路、模擬信號輸入電路及Α/D數模轉換電路；所述的USB接口電路與FPGA電路連接，所述的FPGA電路與超聲信號發射電路連接， 所述的超聲信號發射電路與模擬信號輸入電路連接，所述的模擬信號輸入電路與Α/D數模轉換電路連接，所述的Α/D數模轉換電路與FPGA電路連接。
6.根據權利要求5所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的第一射頻通信模塊包括天線。
7.根據權利要求5所述的彎管裂紋無線超聲檢測系統，其特徵在於，所述的第二射頻通信模塊包括天線。
全文摘要
本發明提供一種彎管裂紋無線超聲檢測系統，包括工控機、第一射頻通信模塊、第二射頻通信模塊、超聲採集器及檢測探頭；所述的工控機通過USB數據線與所述的第一射頻模塊連接，所述的第一射頻通信模塊與第二射頻通信模塊無線連接，所述的第二射頻通信模塊通過USB數據線所述的超聲採集器連接，所述的超聲採集器通過同軸電纜與所述的檢測探頭連接；所述的工控機通過所述的第一射頻通信模塊及第二射頻通信模塊向所述的超聲採集器發送控制信號，所述的超聲採集器根據所述的控制信號進行超聲信號檢測，並將檢測的所述超聲信號發送給所述的工控機。本發明可以解決現有技術中存在的速度慢及用網線傳輸容易造成的繞線、接觸不良、通訊故障的問題。
文檔編號G01N29/04GK103048386SQ201210570410
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者劉全利, 陳浩, 李佳, 薛巖, 白世武, 王瑋, 楊天冰, 吳江橋, 呂新昱 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油天然氣管道局