一种新型超声波测厚系统的制作方法

1.本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种一种新型超声波测厚系统。


背景技术：

2.近些年来，随着石油、化工等基础设施的投资持续增加，钢、铁等材料需求量不断增加，对相关器件厚度的测量要求也越来越高，测厚技术得到快速发展。相关器件长期在火焰、潮湿腐蚀等恶劣的环境中运行，腐蚀、磨损、拉裂等因素极易引起管壁、壁罐的减薄，甚至发生泄漏、爆炸等事故，严重影响人民群众的生命财产安全。因此，壁厚检测是壁管检修的一项重要内容。
3.目前，对钢铁等器材厚度的测量电路中，超声波发射电路普遍采用变压器升压来实现超声波探头所需要的高压，具有很大的安全隐患，并且超声波接收电路大多采用复杂的电路来实现信号的采集与传输，对采集板卡和电路的设计要求较高。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种新型超声波测厚系统，对操作人员更加安全，对电路设计更加简便，对管壁等器件的自适应能力强，可靠性更高。
5.为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：一种新型超声波测厚系统，包括上位机、信号处理单元、超声波探头，其中信号处理单元内包括fpga控制板、超声波发射电路和超声波接收电路，超声波接收电路包括限幅电路、增益放大电路、电压比较器电路；fpga控制板通过超声波发射电路与超声波探头连接，超声波探头通过超声波接收电路与fpga控制板连接，fpga控制板通过传输线与上位机连接。
6.一种新型超声波测厚系统，基于上述管壁等器材的超声波测厚方法，包括以下步骤：b1、fpga控制板上电启动，并发送指令生成触发信号；b2、超声波发射电路根据触发信号生成尖脉冲信号，并将尖脉冲信号传输至超声波探头；b3、超声波探头根据尖脉冲信号发射超声波至待测工件；b4、入射的超声波经过待测工件后形成超声回波信号；b5、超声波探头仍然用于接收超声回波信号，并将超声回波信号传输至超声波接收电路；b6、超声波接收电路对超声回波信号进行预处理，并将预处理后的信号传送至fpga控制板；b7、fpga控制板对预处理后的信号进行计算，并将结果传送至上位机显示。
7.为上述一种新型超声波测厚系统方法的进一步优化：b2的具体步骤为：b201、在触发信号到来之前，利用boost电路对超声波发射电路的电容进行充电升压；b202、在触发信号到来后，功率管瞬间导通，电容在电路上瞬间放电形成尖脉冲加
在超声波探头上并发射超声波。
8.为上述一种新型超声波测厚系统方法的进一步优化：b6的具体步骤为：b601、接收的超声回波信号进入限幅电路；b602、限幅电路限制超声波发射电路中可能传输过来的高电压；b603、增益放大电路对限幅后的超声回波信号进行放大处理；b604、电压比较器电路对放大后的超声回波信号进行波形变换，并将信号的最高幅值限制在3.3v以内。
9.为上述一种新型超声波测厚系统方法的进一步优化：b7的具体步骤为：b701、fpga控制板利用计数器对超声回波信号进行计数；b702、fpga控制板记录第一个回波信号上升沿的时间d1与第二个回波信号的上升沿时间d2，根据公式：h＝[(d2-d1)/2]*c能够计算出待测工件的厚度；其中c表示超声波在待测工件中的传播速度，h表示待测工件的厚度；b703、fpga控制板将计算的结果传送至上位机进行显示。
[0010]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0011]
本发明涉及一种新型超声波测厚系统，在上位机中编写触发程序下载至fpga控制板；fpga控制板根据程序生成触发信号；超声波探头在尖脉冲信号的作用下发射超声波；超声波在不同介质中发生反射形成超声回波信号；从探头接收的超声回波信号进入接收电路进行信号预处理；fpga控制板利用计数器对接收到的超声回波进行计数，第一个预处理后的超声回波信号上升沿时间记录为d1，第二个预处理后的超声回波信号上升沿时间记录为d2，根据d1和d2以及超声波在对应材料中的声速计算其厚度，并将材料厚度传送至上位机进行显示；本发明上述方案实现自动测量管壁等材料的厚度，相比于传统的超声波对管壁等材料厚度的测量，进一步简化了测量电路，降低了对采集板卡的要求，降低了高压电路的危险性，因此进一步提高了测量的安全性与可靠性。
附图说明
[0012]
图1是本发明的测量设备示意图；
[0013]
图2是本发明的系统结构图；
[0014]
图3是本发明转换后的超声回波示意图；
[0015]
附图标记：1、上位机，2、信号处理单元，21、fpga控制板，22、超声波发射电路，23、超声波接收电路，231、限幅电路，232、增益放大电路，233、电压比较器电路，3、超声波传感器探头，4、待测工件，51、第一次超声回波，52、第二次超声回波，53、第三次超声回波。
具体实施方式
[0016]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
[0018]
一种新型超声波测厚系统，如图1所示，包括上位机1，信号处理单元2，超声波传感
器探头3，待测工件4，其中信号处理单元2包括fpga控制板、超声波发射电路和超声波接收电路，超声波传感器探头分别与超声波发射电路和超声波接收电路相连接，超声波接收电路与fpga控制板相连接，fpga控制板与上位机相连接。
[0019]
如图2所示，测量设备启动后，通过fpga控制板21生成触发波形并生成电信号，电信号经过超声波发射电路22后生成尖脉冲信号，尖脉冲信号进入超声波探头3，超声波探头3将超声波信号转换为超声波并将超声波发射至待测工件，待测工件接收到超声波后，待测工件相应地产生超声回波，超声波探头3接收超声回波并将其转换为回波信号传递至超声波接收电路23，回波信号经过超声波接收电路23处理后得到预处理信号，由fpga控制板21对所有的预处理信号进行进一步处理，并将计算的厚度结果传送至上位机1进行显示。
[0020]
本实施方式中经过预处理的超声回波接入进fpga控制板中，利用其计数器时钟对超声回波进行计数，对第一个回波的上升沿时间与第二个回波上升沿时间作差并利用公式进行计算，最后将结果传送至上位机进行显示。
[0021]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种新型超声波测厚系统，其特征在于：包括上位机(1)、信号处理单元(2)、超声波探头(3)、待测工件(4)，其中信号处理单元(2)包括fpga控制板(21)、超声波发射电路(22)、超声波接收电路(23)，超声波接收电路(23)包括限幅电路(231)，增益放大电路(232)、电压比较器电路(233)；fpga控制板(21)通过超声波发射电路(23)与超声波探头(3)连接，超声波探头(3)通过超声波接收电路(23)与fpga控制板(21)连接，fpga控制板(21)通过传输线与上位机(1)连接。2.一种新型超声波测厚方法，其特征在于：基于权利要求1所述的一种新型超声波测厚系统，包括以下步骤：fpga控制板(21)上电启动，并发送指令生成触发信号；超声波发射电路(22)根据触发信号生成尖脉冲信号，并将尖脉冲信号传输至超声波探头(3)；超声波探头(3)根据尖脉冲信号发射超声波至待测工件(4)；入射的超声波经过待测工件(4)后形成超声回波信号；超声波探头(3)仍然用于接收超声回波信号，并将超声回波信号传输至超声波接收电路(23)；超声波接收电路(23)对超声回波信号进行处理，并将处理后的信号传送至fpga控制板(21)；fpga控制板(21)利用计数器，将首次接收到的超声回波信号上升沿时间记为d1,第二次接收到的超声回波信号记上升沿为d2,根据公式：h＝[(d2-d1)/2]*c能够计算出待测工件的厚度，并将厚度传输至上位机显示；其中c表示超声波在待测工件中的传播速度，h表示待测工件的厚度。3.根据权利要求2所述的一种新型超声波测厚方法，其特征在于：超声波接收电路包括：限幅电路(231)，与超声波探头相连接，用于限制发射电路可能传输至接收电路的高电压以保护接收电路；增益放大电路(232)，与限幅电路(231)相连接，用于对限幅后的超声回波信号进行放大；电压比较器电路(233)，与增益放大电路(232)和fpga控制板相连接，用于对放大后的超声回波信号进行波形变换，并将信号的最高幅值限制在3.3v以内，限幅后的信号传送至fpga控制板。4.根据权利要求1所述的一种新型超声波测厚系统，其特征在于，所述超声波探头包括5mhz通用探头，可实现超声波的发射与接收一体化。5.根据权利要求1所述的一种新型超声波测厚系统，其特征在于：超声波发射电路具体方法为：利用boost电路产生高压以达到激励超声波探头的脉冲幅值。6.根据权利要求3所述的一种新型超声波测厚系统，其特征在于：fpga控制板记录时间的具体步骤为：利用fpga控制板的计数器对超声回波信号进行计数，计算第一个回波上升沿的时间与第二个回波上升沿的时间差。7.根据权利要求6所述的一种新型超声波测厚系统，其特征在于：fpga控制板将计算并结果传送至上位机显示。

技术总结
本发明公开了一种新型超声波测厚系统，在上位机中编写触发程序下载至FPGA控制板；FPGA控制板根据程序生成触发信号；超声波发射电路在触发信号的作用下产生尖脉冲信号；超声波探头在尖脉冲信号的作用下发射超声波；超声波在不同介质中发生反射形成超声回波信号；从探头接收的超声回波信号进入超声波接收电路进行信号预处理；FPGA控制板利用计数器对超声回波进行计数，将接收到的第一个超声回波信号上升沿时间记录为D1，第二个超声回波信号上升沿时间记录为D2，根据D1和D2以及超声波在对应材料中的声速计算其厚度，并将材料厚度传送至上位机进行显示；本发明上述方案可实现自动测量管壁等材料的厚度，简化了测量电路，降低了对采集板卡的要求，降低了高压电路的危险性，因此进一步提高了测量的安全性与可靠性。进一步提高了测量的安全性与可靠性。进一步提高了测量的安全性与可靠性。


技术研发人员：王茂龙 吴善强
受保护的技术使用者：衡昇科技有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2022/6/24