一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理系统及方法与流程

1.本发明涉及超声波探伤的技术领域，具体地，涉及一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理方法。


背景技术：

2.超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
3.在公开号为cn101839894a的中国发明专利中公开了一种新型数字超声探伤系统和方法，包括探头装置、超声发射/接收装置和前置放大装置，依次连接前置放大装置的伤波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和a/d转换装置，底波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和a/d转换装置，界面波的程控放大装置、滤波装置、检波装置和a/d转换装置，以及连接伤波a/d转换装置、底波a/d转换装置和界面波a/d转换装置的数字信号处理装置，信号处理装置连接人机接口装置，以及系统采用的底波修正方法和界面波、底波联合修正方法。
4.把超声波回波信号分解成界面波、伤波和底波来处理，大大增加了数据量，实际应用时会降低流水线效率；实际情况中，小的伤波和底波往往非常接近，难以真正的加以区分，从而不同波进行不同处理的方案，从一开始的波形区分就难以实现。因此，需要提出一种技术方案以改善上述技术问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理系统及方法。
6.根据本发明提供的一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理系统，包括fpga、canbus、总线控制器、vac、数控滤波器、vac、对数芯片；
7.所述fpga连接有16通道高压激励输出器、控制器、双端口内存、modbus、光纤接口、16通道接收器、第一8位a\d、第二8位a\d、第三8位a\d和12位a/d；
8.所述canbus和控制器相连接；
9.所述总线控制器分别与控制器、双端口内存和modbus相连接；
10.所述vac分别与16通道接收器、第一8位a\d和数控滤波器相连接；
11.所述数控滤波器分别与vac、第二8位a\d和vac相连接；
12.所述vac分别与第三8位a\d、数控滤波器和对数芯片相连接；
13.所述对数芯片分别与vac和12位a/d连接。
14.优选地，所述fpga在上电后加载相应的代码；fpga程序通过canbus烧录，进行远程维护。
15.优选地所述系统包括如下模块：双晶探头、接收信道、线性主放大器、滤波器、adc、和光纤接口；
16.所述双晶探头为一发三收，故一组发射对应三组接收；
17.所述接收信道为具有三组可调增益的16个低噪声、多路复用的接收信道；
18.所述线性主放大器的增益和dgs补偿由fpga给定；
19.所述滤波器为具有独立可调上、下截止频率的滤波器；
20.所述adc为具有120msample/12位分辨率的adc；
21.所述光纤接口为插入式光纤接口，将a扫数据通过光纤传输给pc，生成a扫图。
22.优选地对数据进行对数变换，在保证大动态范围的同时，探测细小的伤痕。
23.优选地高压触发信号由fpga内部产生，触发频率和循环次数通过pc修改；pc数据通过canbus下发给fpga，再由fpga生成对应频率和循环次数的触发脉冲。
24.优选地对a扫数据进行数据压缩和门限判断，数字信号的处理完全在fpga内完成。
25.优选地把a扫数据压缩成向量的形式，再进行门限判断，将判断结果通过modbus传输给评估模块，由评估模块生成c扫图。
26.优选地对fpga的程序烧录和控制数据传输都通过canbus完成。
27.本发明还提供一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理方法，包括如下步骤：
28.步骤s1：开机，pc通过canbus对fpga烧写程序；由fpga生成周期性高压触发信号给发射模块；
29.步骤s2：发射模块产生对应频率和循环次数的高压信号，分16路给16个探头；探头采用一发三收的结构，探头返回的信号由接收部分接收；
30.步骤s3：再给到第一级vga模块，每个接收通道对应一个vga，fpga给每个vga模块不同的增益；然后进入滤波器部分，滤波器由超声波频率不同调整不同的通带范围；
31.步骤s4：信号被dgs补偿；再进行对数变换；
32.步骤s5：对数输出经过12位ad采样进入fpga；转成的数字信号一方面通过光纤传输给pc生成a扫图，另一方面进行数据压缩，生成对应的向量，把向量和损伤门限进行比较，将比较结果由modbus传输给评估模块，生成c扫图；
33.步骤s6：在fpga运行的过程中，pc指令随时都可通过canbus下发，更新fpga参数。
34.优选地将信号由线性关系转换为对数关系。
35.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
36.1、本发明通过采用对数方案，将信号由线性关系转换为对数关系；解决了在保证大取样范围的时，会无法探测到小信号的问题；
37.2、本发明通过采用数控滤波器的结构，使得滤波频段可调。
附图说明
38.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
39.图1为本发明的总体框图；
40.图2为本发明的流程图；
41.图3为本发明的数字信号采样图；
42.图4为本发明的数字信号的对数关系采样图。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
44.本发明提供一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理系统，以多通道和数控的方式对钢板进行快速且高精度的无损检测；包括fpga17，fpga17分别和16通道高压激励输出器1、控制器3、双端口内存5、modbus6、光纤接口7、16通道接收器8、8位a\d、12位a/d15连接；canbus2和控制器3连接；总线控制器4分别和控制器3、双端口内存5、modbus6连接；vac10分别和16通道接收器8、第一8位a\d9、第二8位a\d11、第三8位a\d13和数控滤波器12连接；数控滤波器12分别和vac10、第二8位a\d11、vac14连接；vac14分别和第三8位a\d13、数控滤波器12、对数芯片16连接；对数芯片16分别与vac14、12位a/d15连接。
45.以fpga作为核心；本模块的中心功能由fpga执行。它不包含固定的、烧录的逻辑函数，但在上电后可以加载相应的代码。fpga程序通过canbus烧录，能以低成本进行远程维护(更新、升级)。
46.基本模块包括：双晶探头为一发三收，故一组发射对应三组接收；具有三组可调增益的16个低噪声、多路复用接收信道(通过dac和vca)；一种线性主放大器，其中增益和dgs补偿(通过dac和vca)可由fpga给定；具有独立可调上、下截止频率的滤波器；将数据进行对数变换，在保证大动态范围的同时，又能探测到细小的伤痕；具有120msample/12位分辨率的adc；高压触发信号由fpga内部产生，触发频率和循环次数可通过pc修改(pc数据通过canbus下发给fpga，然后由fpga生成对应频率和循环次数的触发脉冲)；无论是对a扫数据进行数据压缩还是门限判断，数字信号的处理完全在fpga内完成；把a扫数据压缩成向量的形式，再进行门限判断，将判断结果通过modbus传输给评估模块，由评估模块生成c扫图。一个插入式光纤接口，将a扫数据通过光纤传输给pc，生成a扫图。对fpga的程序烧录和控制数据传输都通过canbus完成。
47.本发明还提供一种应用于超声波钢板探伤的多通道信号处理方法开机后，pc通过canbus对fpga烧写程序。由fpga生成周期性高压触发信号给发射模块。发射模块产生对应频率和循环次数的高压信号，分16路给16个探头。探头采用一发三收的结构，探头返回的信号由接收部分接收。再给到第一级vga模块(每个接收通道对应一个vga)，fpga给每个vga模块不同的增益，用以调整板间一致性。然后进入滤波器部分，滤波器可由超声波频率不同调整不同的通带范围，使得滤波器部分始终能保持一个精确的窄带通带，尽可能得滤除噪声。接着信号被dgs补偿。再进行对数变换，在保证大动态范围的同时又能检测的微小的损伤。对数输出经过12位ad采样进入fpga。转成的数字信号一方面通过光纤传输给pc生成a扫图，另一方面进行数据压缩，生成对应的向量，把向量和损伤门限进行比较，将比较结果由modbus传输给评估模块，生成c扫图。在fpga运行的过程中，pc指令随时都可通过canbus下发，更新fpga参数。
48.在超声探伤的回波信号中，小伤的回波的幅值与底面回波的幅值往往差距很大。在用ad把模拟信号转换为数字信号的时，需要很大的采样范围，又需要保证采样精度。通过采用对数方案，将信号由线性关系转换为对数关系。解决了在保证大取样范围的时，会无法探测到小信号的问题。
49.通过采用数控滤波器的结构，使得滤波频段可调。解决了一旦板子成型，超声波频率不可调的问题。对于不同的种类的钢板，需要不同的超声波频率，普通金属工件常用的探头频率是2.5mhz～5mhz，对于特殊工件如铸件晶粒比较粗大的材料则选择频率稍微低点如2mhz或更低，有些灵敏度要求要求高的可选择5mhz以上频率。如果增大通带范围，则会引入额外的噪声，使得小伤的回波被淹没在底噪中难以区分。滤波器数字可调使机器能适应各种材料的钢板。
50.本发明通过采用对数方案，将信号由线性关系转换为对数关系。解决了在保证大取样范围的时，会无法探测到小信号的问题；通过采用数控滤波器的结构，使得滤波频段可调。
51.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
52.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。