CN1743869A - 一种新型超声波检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型超声波检测装置及检测方法，它包括：超声波探头及联动装置、发射/接收电路、控制/处理单元、显示器和人机对话接口。在所述超声波探头联动装置内，安装有一个与该探头同步运动的，由机械计数式或如同光电鼠标式结构组成的探头物理位置等距离移动信号产生装置；利用机械电脉冲计数装置或光电鼠标装置，产生敏感于被检测物体检测面横坐标或/和纵坐标移动的脉冲定距离标志信号或网格标志信号，同步控制发射电路产生高压激励脉冲给探头，探头产生超声波，经耦合传入被检物体。本发明克服了因非匀速移动带来的图像失真问题，实现依物理位置移动信号产生激励脉冲，接受回波信号进行处理，真实反映物体内部信息的目的。

Description

一种新型超声波检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种超声波检测装置及检测方法，更具体的涉及一种可应用于多种场合的超声波检测装置及检测方法。

背景技术

在超声波检测中要实现B型扫查，就必须使用线探头。要实现C型扫查，就必须使用探头阵列。所谓的线探头是由单探头组成的在一条直线上的探头阵列，声波发射出去后如同一个切面，不同深度下的回波以不同的颜色或灰度表示，这样就如同在工件或人体组织中有一个切面图一样。探头阵列是由单个探头排列组成的一个面，就像是把一定数量的线探头组合起来组成一个超声波的发射面，声波发射出去后如同很多个切面，回收的超声波信号就可以形成一个三维图形。工业用B型扫查和C型扫查超声波探伤仪不能使用探头和探头阵列，主要是工件的几何形状和耦合问题限制了线探头和探头阵列的使用。而医用超声波设备虽然探头的接触面是人体的软组织，使用线探头还可以很好的耦合，要使用探头阵列几乎是不可能的。即使是可以勉强使用，检测的分辩率也会大大降低。

当前无论是医用超声波设备，还是工业用超声波无损检测(探伤)设备，都是利用设备内部的定时电路，以一定的重复频率经发射电路向探头发射脉冲激励探头而产生脉冲超声波，进而接收超声波进行检测。所述现有设备的结构包括单探头或线探头、发射/接收电路、控制/处理单元、模拟放大电路、显示器和人机接口。以传统形式制造的设备，不论是在工业检测设备上实现B型扫查和C型扫查，还是在医用设备上实现C型扫查，都需要比较复杂的机械装置，以实现探头有规律的匀速移动，否则的话，所得到的B型和C型图形就要失真。这是由于探头不是匀速运动，它每次发射出去的超声波于检测物体的检测面上不是物理位置等间隔进入被检测物体的，因此无法真实反映物体内部的信息。但现场的情况是***，要利用匀速移动装置带动探头移动来实现通用、且适合于任何场合的应用是根本不可能的。因此，目前世界上通用的工业超声波检测设备都是A型扫查超声波检测设备，而医用上都是B型扫查超声波设备(即俗称的B超)。还没有适合于大多数实际环境应用的工业B型扫查和C型扫查设备和医用C型扫查设备。

发明内容

本发明所述一种新型超声波检测装置及检测方法，可以解决利用单探头模拟线探头或探头阵列工作，或者是利用线探头模拟探头阵列工作，以消除被检测物体的几何形状和耦合对实现B型扫查和C型扫查的限制的问题。

本发明所述一种新型超声波检测装置的结构包括：

超声波单探头或线探头：

产生高压激励脉冲和接收回波转变成电脉冲信号的发射/接收电路；

对超声波回波电脉冲信号进行模拟放大或衰减的模拟放大电路；

向发射/接收电路发射脉冲，并且处理超声波回波信号成为二维或三维图形信号的控制/处理单元；

显示图形的显示器；

控制/处理单元的人机对话接口；

在所述超声波单探头或线探头组成的探头装置内，安装有一个与该探头同步移动的探头物理位置等距离移动信号产生装置，该探头物理位置等距离移动信号产生装置设置于探头壳体的检测面一侧，它是敏感于被测物体检测面的横坐标或纵坐标移动位置，并能够产生脉冲定距离标志信号的，包括测量轮、编码轮及光电传感器组成的机械计数式探头物理位置等距离移动信号产生装置，或是敏感于被测物体检测面的横坐标和纵坐标移动位置，并且产生网格标志信号的如同光电鼠标式或机械鼠标探头物理位置等距离移动信号产生装置：所述探头物理位置等距离移动信号产生装置的脉冲信号或网格标志信号的输出端与控制/处理单元的发射脉冲触发信号采集端相连接，控制/处理单元的同步脉冲触发输出端与产生高压激励脉冲的发射/接收电路相连接。

如上所述一种新型超声波检测装置，所述机械式探头物理位置等距离移动信号产生装置中的测量轮，通过传动齿轮与编码轮实现啮合联接，测量轮下部的部分外露出探头壳体。

如上所述一种新型超声波检测装置，所述机械式探头物理位置等距离移动信号产生装置中的编码轮下部外露出探头壳体，构成测量轮。

一种新型超声波检测方法，其检测步骤如下：

(1)由单探头或线探头组成的超声波探头，在被测物体检测面上移动的同时，利用相对于超声波探头同步移动的机械电脉冲计数装置或如同光电鼠标或机械鼠标装置，产生敏感于被检测物体检测面横坐标或/和纵坐标移动的脉冲定距离标志信号或网格标志信号；

(2)将按步骤1产生的脉冲定距离标志信号或网格标志信号传送至控制/处理单元，该控制/处理单元根据所述脉冲定距离标志信号或网格标志信号的出现，同步控制发射电路产生高压激励脉冲给探头，探头产生超声波，经耦合传入被检物体；

(3)超声波探头接收回波后转变成电脉冲信号，经模拟放大电路放大或衰减传送给控制/处理单元，进行二维或三维成像处理，最终由显示器完成显示。

本发明与传统的超声波检测装置及检测方法相比，具有如下优点和积极效果：

1、本发明把被测的工件或人体表面被均匀的分割成定距离或网格，利用机械的或光电装置与探头一起移动，每移动一个定距离或网格，设备就向探头发射激励脉冲而产生超声波，仪器接收并记忆回波信息，把多次发射接收的回波数据综合起来就好像是一个线探头或探头阵列在工作一样，因此改变了传统的以一定的重复频率发射的方式为以物理位置等间隔发射的方式，克服了因非匀速移动带来的图像失真问题，真正实现真实反映物体内部信息的目的。

2、探头移动的单位步进距离依据检测要求确定，检测分辩率要求高的，采用比较小的步进或网格，反之，采用大的步进或网格，可以实现精度的调整功能。

3、本发明设计的有规律移动探头，即一行一行或一列一列的连续移动探头方式，可以节省检测时间，而且不容易漏掉任何栅格，达到精确检测的目的。

附图说明

图1是传统的超声波检测装置的电路组成框图。

图2是本发明所述一种新型超声波检测装置的电路组成框图；

图3是本发明的机械式距离编码装置的一个实施例结构示意图；

图4是本发明的光电式距离编码装置的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

本发明的电路组成参见图1，其工作原理是，本设备中激励脉冲不是由设备本身按一定的频率等时间间隔的重复发射，然后接收处理；而是依据探头的移动来生产激励脉冲，随着探头的移动，与探头连接的联动装置能够提供物理位移等间隔地给设备提供探头的物理位置移动信号，设备依据移动信号产生激励脉冲，进而产生超声波，经耦合传入被检物体，接收超声波回波信号处理，就可以在被检物体中产生均匀分布的超声波声线，进而实现不失真的B型扫查和C型扫查。所述探头中的物理位移等间隔地给设备提供探头的物理位置移动信号发生装置可以选用计算机外设的鼠标或者是自制的位置移动装置，由其工作模式的转换和改动易于实现，所以很容易使用于本发明的探头联动装置中。所述计算机外设的鼠标包括机械光电式或激光传感器式两种中的一种。

在本发明工作方式下，随着探头的移动，产生探头移动信号传给控制/处理单元，控制/处理单元向发射/接收电路发射脉冲，发射/接收电路产生高压激励脉冲给探头，探头产生超声波，经耦合传入被检物体，超声波遇到不同的介质产生回波，探头接收回波转变成电脉冲信号传送给接收电路，经模拟放大电路放大或衰减传送给控制/处理单元进行处理，然后送入显示器以相应的形式显示。根据显示的图形就可以得到被检测物体内部的信息，进而可以判断出在物体内部是否有缺陷或病灶。

本发明以编码轮和光电传感器构成的机械物理位置编码装置的一个具体实施例可以参见图2。编码轮2周边设有计数透孔，对应计数透孔的编码轮附近处设有光电传感器3，编码轮2通过轴11固定于壳体上。有一个小轮4与所述编码轮同轴设置，该小轮4与一个大齿轮5啮合，该大齿轮5与检测行走轮9同轴设置的小轮8啮合，检测行走轮9和大齿轮5分别通过固定轴6、10固定于壳体1上。所述检测行车轮9的下部部分露出壳体1。所述光电传感器3的输出端与壳体1内的电路板12中的控制/处理单元的触发脉冲输入端相连接。在壳体1内下端设置超声波发射接收探头7。

在本实施例中，因为只需要用单探头仿真线探头工作或用线探头仿真探头阵列工作，因此只要一个方向的探头前进后退的移动信号即可，即使用一个骗码轮和一个光电传感器即可。利用尼龙齿轮或者是仪表齿轮以一定的距离脉冲比带动编码轮转动(如100毫米，产生200个脉冲。即每移动0.5毫米就产生一个脉冲)，编码轮的转动就会使光电传感器的输出端产生脉冲，这样就把转动轮转动的线距离(即探头移动的距离)信息以脉冲的形式传输给探伤设备的控制/处理单元，把移动的方向以电平的形式传输给控制/处理单元(如前进为低电平，后退为高电平)。探头移动的步进依据探伤标准确定，检测分辩率要求高的，采用比较小的探头移动步进。反之，采用大一点的探头步进。由于探头的每一步步进都是等距离的经联动产生步进脉冲，控制/处理单元依据检测到的步进脉冲的前沿控制发射电路向探头发射激励脉冲，这样在工件中每次发射来的超声波声线就是等间隔的。把这些声线的回波信号绘制成B扫图就实现了对工件的B型扫查检测。而且在一条线上无论你如何移动探头都不会产生B扫图失真的现象。这是因为每一次脉冲超声波的产生只与探头移动的步进距离有关系，而与移动的速度没有关系，因此可以以任意速度移动探头而轻松的实现B扫检测。

同理，利用这种方法连接医用超声的线探头，可以非常容易地实现对人体的C型扫查检测。

本发明的以激光传感器为基础，构成的位置编码脉冲产生装置的具体实施例可以参见图3。图3中，壳体1的下检测面开有一个透光孔，位于透光孔处的壳体1中固定有一个光电鼠标装置14(电脑用鼠标)。所述超声波探头7被固定于壳体1的检测面上。

所述光电鼠标装置14和超声波探头7，通过连线与壳体内电路板12中的控制/处理单元相连接。

所述控制/处理单元是由传统的超声波控制/处理单元构成，它具有接收超声回波信号并进行二维或三维图像处理的功能和为探头发射激励脉冲提供触发信号的功能。在本发明中，控制/处理单元是依据检测到的步进脉冲的前沿控制发射电路向探头发射激励脉冲，或是依据光电鼠标的通讯协议(计算机鼠标的通讯协议)在每一个栅格处，控制发射电路发射激励探头的脉冲。

在本实例中，因为需要仿真探头阵列工作，因此需要平面坐标上两个方向的探头移动信号。利用市场上品质比较好的光电鼠标，拆装后，重新和一个超声波探头组装到一起，鼠标的通讯协议(或者是驱动程序)是现成的，确定鼠标在横坐标和纵坐标上每移动0.5毫米(也可以选定其它尺寸，依据检测要求的分辩率)就是一个栅格，也就是相当于把被检测物体的检测面以横坐标和纵坐标都是按0.5毫米分成了网格。这样随着带超声波探头的鼠标的移动，超声波检测设备的控制/处理单元依据探头在每一个栅格处才控制发射电路发射激励探头的脉冲，这样就象电脑中的鼠标一样无论探头移动到哪里，检测设备的控制/处理单元都清楚，只要是在栅格上就控制发射电路发射激励脉冲，控制/处理单元把超声波回波信号按三维图形处理出来显示在屏幕上就形成了一个物体内部的三维图形，也就实现了对物体的C型检测。探头移动的单位步进距离依据检测要求确定，检测分辩率要求高的，采用比较小的网格。反之，采用大一点的网格。由于网格都是等间距的，这样在工件中每次发射来的超声波声线就都是等间隔的，因而不会出现任何失真现象。这是因为每一次脉冲超声波的产生只与探头移动的位置有关系，而与移动的速度没有关系，因此以任意速度有规律的移动探头就可以轻松的实现C型扫检测。

Claims (4)

1、一种新型超声波检测装置，其特征在于它包括：

超声波单探头或线探头；

产生高压激励脉冲和接收回波转变成电脉冲信号的发射/接收电路；

对电脉冲信号进行模拟放大或衰减处理的模拟放大电路；

向发射/接收电路发射脉冲，并且处理超声波回波信号成为二维或三维图形信号的控制/处理单元；

显示图形的显示器；

控制/处理单元的人机对话接口；

在所述超声波单探头或线探头组成的探头装置内，安装有一个与该探头同步移动的探头物理位置等距离移动信号产生装置，该探头物理位置等距离移动信号产生装置设置于探头壳体的检测面一侧，它是敏感于被测物体检测面的横坐标或纵坐标移动位置，并能够产生脉冲定距离标志信号的，包括测量轮、编码轮及光电传感器组成的机械计数式探头物理位置等距离移动信号产生装置，或是敏感于被测物体检测面的横坐标和纵坐标移动位置，并且产生网格标志信号的探头物理位置等距离移动信号产生装置；所述探头物理位置等距离移动信号产生装置的脉冲信号或网格标志信号的输出端与控制/处理单元的发射脉冲触发采集端相连接，控制/处理单元的同步脉冲触发输出端与产生高压激励脉冲的发射/接收电路相连接。

2、如权利要求1所述的一种新型超声波检测装置，其特征在于：所述机械式探头物理位置等距离移动信号产生装置中的测量轮，通过传动齿轮与编码轮实现啮合联接，测量轮下部的部分外露出探头壳体。

3、如权利要求1所述的一种新型超声波检测装置，其特征在于：所述机械式探头物理位置等距离移动信号产生装置中的编码轮下部外露出探头壳体，构成测量轮。

4、一种新型超声波检测方法，其检测步骤如下：

(1)由单探头或线探头组成的超声波探头，在被测物体检测面上移动的同时，利用相对于超声波探头同步移动的探头物理位置等距离移动信号产生装置装置，产生敏感于被检测物体检测面横坐标或/和纵坐标移动的脉冲定距离标志信号或网格标志信号；

(2)将按步骤1产生的脉冲定距离标志信号或网格标志信号传送至控制/处理单元，该控制/处理单元根据所述脉冲定距离标志信号或网格标志信号的出现，同步控制发射电路产生高压激励脉冲给探头，探头产生超声波，经耦合传入被检物体；

(3)超声波探头接收回波后转变成电脉冲信号，经模拟放大电路放大或衰减传送给控制/处理单元，进行二维或三维成像处理，最终由显示器完成显示。

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