CN102969996B - 非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，所述装置包括任意波形发生器、可变功率放大器、宽频超声传感器、二组多通道开关、至少二个带通滤波放大器、至少一个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元、微处理***、显示器，采用多次或单次激发、分频段接收采样并进行硬件补偿、最后集中整合处理的方法，弥补现有仪器之不足，获得所需超声仪的超宽频带放大能力，满足了非线性超声无损检测技术的各项硬件要求。

Description

非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置
技术领域
本发明涉及一种无损检测技术的实现方法及装置，特别是涉及一种非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置。
背景技术
常规脉冲发射-接收式超声检测仪用途广泛，通常使用频率在1MHz-15MHz之间，对一些要求较高的场合，这一频率范围无法满足检测要求。例如，非线性超声无损检测技术，它能够发现线性超声无法检测的材料损伤和缺陷,如疲劳、应力集中、弱结合等，这一新的检测技术要求仪器不仅有较强的发射功率外，特别要求拥有宽频带的接收放大能力，以获得高次谐波等信息。但截至目前，鉴于电子技术现状，难于仅凭一个放大器解决如此宽（例如从100k到50MHz）的模拟信号频带，故现有的仪器因仅有一路串行的放大器而无法满足这些要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，设计一种非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，在现有模拟电子技术条件下，采用分频段接收并进行硬件补偿的方法，弥补现有仪器之不足，获得所需超声仪的超宽频带放大能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，包括任意波形发生器、可变功率放大器、宽频超声传感器、二组多通道开关、至少二个带通滤波放大器、至少一个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元、微处理***、显示器，其特征在于：所述带通滤波放大器中含有高频补偿电路，用于补偿模拟硬件接收电路及宽频超声传感器固有的高频衰减；所述多通道开关置于带通滤波放大器的前后端，每组多通道开关中的通道开关数量与带通滤波放大器的数量相同，每个带通滤波放大器的前后端各有一个通道开关；所述实现方法为，
a．微处理***控制任意波形信号发生器至少分二次激发产生激励信号；
b．激励信号经可变功率放大器放大后激励宽频超声传感器，所述可变功率放大器放大倍数通过微处理***控制调节；
c．宽频超声传感器向被检工件发射超声波信号，同时接收被检工件反射回来的超声波信号；
d．在所需低频至最高频率之间划分成至少二个频段，对应至少二个带通滤波放大器，微处理***通过控制带通滤波放大器前端的多通道开关依次开启至少二个带通滤波放大器，至少二个带通滤波放大器依次接收各自频段的宽频超声传感器传输过来的超声波信号，同时滤除干扰杂波，带通滤波放大器中的高频补偿电路补偿模拟硬件接收电路及宽频超声传感器固有的高频衰减；
e．微处理***控带通滤波放大器后端的多通道开关，将相应带通滤波放大器接收的相应频段的超声波信号传输至A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；
f．A/D转换器及FPGA信号整合处理单元依次转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；
g．由A/D转换器及FPGA信号整合处理单元至少分二次采集的数据最后通过微处理***加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器中显示整合后的信号。
上述方法可以最大限度地保有从低频至中频到高频所接收的超声波信号的完整性，达到非线性超声波检测对仪器模拟放大硬件电路的接收要求。
进一步的，所述装置中可采用数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；所述实现方法中，在步骤a中，微处理***控制任意波形信号发生器一次激发产生激励信号；在步骤d中，微处理***通过控制带通滤波放大器前端的多通道开关同时开启至少二个带通滤波放大器，至少二个带通滤波放大器同时接收各自频段的超声波信号；在步骤e中，微处理***通过控制带通滤波放大器后端的多通道开关同时开启数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元，至少二个带通滤波放大器接收的相应频段的超声波信号直接传输至与其相对应的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；在步骤f中，数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元同时各自转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；在步骤g中，数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元各自采集的数据最后通过微处理***加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器中显示整合后的信号。
本发明的有益效果是设计一种非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，在现有模拟电子技术条件下，采用多次或单次激发、分频段接收采样并进行硬件补偿、最后集中整合处理的方法，弥补现有仪器之不足，获得所需超声仪的超宽频带放大能力，满足了非线性超声无损检测技术的各项硬件要求，将进一步推动非线性超声检测技术的发展。
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置不局限于实施例。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明第一实施例的装置原理框图。
图2是本发明第一实施例的通过加权处理整合的放大器频率响应曲线与理想放大器频率响应曲线的对比示意图。
图3是本发明第二实施例的装置原理框图。
图4是本发明第三实施例的装置原理框图。
图5是本发明第四实施例的装置原理框图。
图中，①.任意波形发生器，②.可变功率放大器，③.宽频超声传感器，④.多通道开关，⑤1～⑤n.带通滤波放大器，⑥1～⑥n. A/D转换器及FPGA信号整合处理单元，⑦.微处理***，⑧.显示器，（a）．理想放大器的频率响应曲线，（b）．通过加权处理整合的放大器频率响应曲线。
具体实施方式
图1、图2所示的第一实施例中，非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，所述装置包括任意波形发生器（①）、可变功率放大器（②）、宽频超声传感器（③）、二组多通道开关（④）、二个带通滤波放大器（⑤）、A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）、微处理***（⑦）、显示器（⑧）；所述带通滤波放大器（⑤）中含有高频补偿电路；所述多通道开关（④）置于二个带通滤波放大器（BW）的前后端，每组多通道开关（④）中的通道开关数量与带通滤波放大器（⑤）的数量相同，每个带通滤波放大器（⑤）的前后端各有一个通道开关；所述实现方法为，
a．微处理***（⑦）控制任意波形信号发生器（①）分二次激发产生激励信号；
b．激励信号经可变功率放大器（②）放大后激励宽频超声传感器（③），所述可变功率放大器（②）放大倍数通过微处理***（⑦）控制调节；
c．宽频超声传感器（③）向被检工件发射超声波信号，同时接收被检工件反射回来的超声波信号；
d．在所需低频至最高频率之间划分成二个频段，对应二个带通滤波放大器（⑤），微处理***（⑦）通过控制带通滤波放大器（⑤）前端的多通道开关（④）依次开启二个带通滤波放大器（⑤），二个带通滤波放大器（⑤）依次接收各自频段的宽频超声传感器（③）传输过来的超声波信号，同时滤除干扰杂波，带通滤波放大器（⑤）中的高频补偿电路补偿模拟硬件接收电路及宽频超声传感器（③）固有的高频衰减；
e．微处理***（⑦）控制带通滤波放大器（⑤）后端的多通道开关（④）将相应带通滤波放大器（⑤）接收的相应频段的超声波信号传输至A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）；
f．A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）依次转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；
g．由A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）二次采集的数据最后通过微处理***（⑦）加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器（⑧）中显示整合后的信号。在图2中，本发明的通过加权处理整合的放大器频率响应曲线（b）已经非常接近理想放大器的频率响应曲线（a）。
在图3所示的第二实施例中，本发明与第一实施例的不同之处在于：进一步的，所述装置中可采用数量多于二个的带通滤波放大器（⑤），所需低频至最高频率之间划分成与带通滤波放大器（⑤）数量相对应的多个频段。
在图4所示的第三实施例中，本发明与第一实施例的不同之处在于：进一步的，所述装置中可采用二个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）；所述实现方法中，在步骤a中，微处理***（⑦）控制任意波形信号发生器（①）一次激发产生激励信号；在步骤d中，微处理***（⑦）通过控制带通滤波放大器（⑤）前端的多通道开关（④）同时开启二个带通滤波放大器（⑤），二个带通滤波放大器（⑤）同时接收各自频段的超声波信号；在步骤e中，微处理***（⑦）通过控制带通滤波放大器（⑤）后端的多通道开关（④）同时开启二个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥），二个带通滤波放大器（⑤）接收的相应频段的超声波信号直接传输至相对应的二个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）；在步骤f中，二个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）同时各自转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；在步骤g中，二个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）各自采集的数据最后通过微处理***（⑦）加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器（⑧）中显示整合后的信号。
在图5所示的第四实施例中，本发明与第三实施例的不同之处在于：进一步的，所述装置中可采用数量多于二个的带通滤波放大器（⑤）和数量多于二个的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥），所需低频至最高频率之间划分成与带通滤波放大器（⑤）数量相对应的多个频段，带通滤波放大器（⑤）和A/D转换器及FPGA信号整合处理单元（⑥）的数量相同。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法及装置，但发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法，所述模拟放大电路包括任意波形发生器、可变功率放大器、宽频超声传感器、二组多通道开关、至少二个带通滤波放大器、至少一个A/D转换器及FPGA信号整合处理单元、微处理***、显示器，其特征在于：所述带通滤波放大器中含有高频补偿电路；所述多通道开关置于带通滤波放大器的前后端，每组多通道开关中的通道开关数量与带通滤波放大器的数量相同，每个带通滤波放大器的前后端各有一个通道开关；所述实现方法为，
a．微处理***控制任意波形信号发生器至少分二次激发产生激励信号；
b．激励信号经可变功率放大器放大后激励宽频超声传感器，所述可变功率放大器放大倍数通过微处理***控制调节；
c．宽频超声传感器向被检工件发射超声波信号，同时接收被检工件反射回来的超声波信号；
d．在所需低频至最高频率之间划分成至少二个频段，对应至少二个带通滤波放大器，微处理***通过控制带通滤波放大器前端的多通道开关依次开启至少二个带通滤波放大器，至少二个带通滤波放大器依次接收各自频段的宽频超声传感器传输过来的超声波信号，同时滤除干扰杂波，带通滤波放大器中的高频补偿电路补偿模拟硬件接收电路及宽频超声传感器固有的高频衰减；
e．微处理***控带通滤波放大器后端的多通道开关，将相应带通滤波放大器接收的相应频段的超声波信号传输至A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；
f．A/D转换器及FPGA信号整合处理单元依次转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；
g．由A/D转换器及FPGA信号整合处理单元至少分二次采集的数据最后通过微处理***加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器中显示整合后的信号。
2.根据权利要求1所述的非线性超声检测仪模拟放大电路的实现方法，其特征在于：进一步的，所述模拟放大电路中可采用数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；所述实现方法中，在步骤a中，微处理***控制任意波形信号发生器一次激发产生激励信号；在步骤d中，微处理***通过控制带通滤波放大器前端的多通道开关同时开启至少二个带通滤波放大器，至少二个带通滤波放大器同时接收各自频段的超声波信号；在步骤e中，微处理***通过控制带通滤波放大器后端的多通道开关同时开启数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元，至少二个带通滤波放大器接收的相应频段的超声波信号直接传输至与其相对应的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元；在步骤f中，数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元同时各自转换并采集相应频段的超声波信号中的数据；在步骤g中，数量与带通滤波放大器相同的A/D转换器及FPGA信号整合处理单元各自采集的数据最后通过微处理***加权处理，整合成所需全频带的信号，并在显示器中显示整合后的信号。
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