專利名稱：反饋式非金屬智能聲波檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非金屬材料及結(jié)構(gòu)物質(zhì)量的聲波無損檢測裝置。
在中國專利CN2135779Y中，公開了一種土木工程測試裝置，含有聲波傳感器和非破損檢測混凝土強(qiáng)度功能；目前國內(nèi)生產(chǎn)的SY-2、NM-2A等非金屬超聲波檢測儀都屬于非金屬聲波無損檢測裝置。在這些裝置中，前置放大器的增益設(shè)置有兩種方式即人工手動調(diào)節(jié)電壓衰減器或由上位機(jī)軟件人工設(shè)置，因而，存在檢測過程中因被測點(diǎn)聲幅變化而必須反復(fù)修改前置放大器增益設(shè)置和智能化程度不高的弱點(diǎn)。
本實(shí)用新型的目的是提供一種反饋式非金屬智能聲波檢測裝置，能在檢測過程中根據(jù)聲幅的變化由單片微處理器對前置放大器進(jìn)行反饋式控制從而實(shí)現(xiàn)增益的全自動最優(yōu)調(diào)節(jié)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型在上述反饋式非金屬智能聲波檢測儀中采用了反饋式自動增益調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由反饋前置放大器、模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、單片微處理器及總線組成；反饋式前置放大器的輸出端與模—數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端與數(shù)據(jù)緩存器數(shù)據(jù)線連接、單片微處理器經(jīng)總線與數(shù)據(jù)緩存器連接、反饋式前置放大器的數(shù)字控制輸入端與單片微處理器接口連接。
本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例見

圖1、圖2、圖3。其中圖一是反饋式非金屬智能聲波檢測儀結(jié)構(gòu)框圖圖二是反饋式自動增益調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理框圖圖三是反饋式前置放大器電路原理圖
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本實(shí)用新型的反饋式非金屬智能聲波檢測儀由聲波換能器、反饋式前置放大器、模—數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、邏輯電路、單片微處理器及高壓發(fā)射機(jī)組成。聲波換能器將被檢測點(diǎn)的聲信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，反饋式前置放大器對電壓信號進(jìn)行放大，模一數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼并由數(shù)據(jù)緩存器存儲，單片微處理器經(jīng)總線對數(shù)據(jù)緩存器所存數(shù)據(jù)進(jìn)行分析從而選擇最佳增益碼經(jīng)接口對反饋式前置放大器進(jìn)行控制，將前置放大器的輸出電壓信號的峰值調(diào)節(jié)到?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器輸入電壓的滿幅與1/(2.5)滿幅之間。高壓發(fā)射機(jī)在單片微處理器和邏輯電路控制下進(jìn)行多次高壓聲波發(fā)射，直到前置放大器增益調(diào)節(jié)到上述最佳狀態(tài)為止。邏輯電路控制?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)序和數(shù)據(jù)緩存器的讀寫操作，并對高壓發(fā)射機(jī)進(jìn)行同步時(shí)序控制。單片微處理器對邏輯電路進(jìn)行程控、對數(shù)據(jù)緩存器中所存聲波波形數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度鑒別、當(dāng)最大聲幅的絕對值對應(yīng)的轉(zhuǎn)換碼溢出時(shí)自動遞減增益碼、當(dāng)最大聲幅的絕對值對應(yīng)的轉(zhuǎn)換碼小于1/(2.5)滿幅電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)換碼時(shí)則自動遞增增益碼、向高壓發(fā)射機(jī)發(fā)出重復(fù)發(fā)射的命令、啟動模—數(shù)轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)緩存器重復(fù)采樣直到所采集的聲波波形數(shù)據(jù)符合前述要求為止、然后才經(jīng)通訊接口將所采集的理想數(shù)據(jù)傳到上位計(jì)算機(jī)處理。
圖2是反饋式自動增益調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由反饋式前置放大器、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、總線及單片微處理器組成一個(gè)閉環(huán)數(shù)字式負(fù)反饋系統(tǒng)。反饋式前置放大器增益G＝xo(t)/xi(t)與增益碼M(N)之間的關(guān)系如表1所示。?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器將xo(t)轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的數(shù)據(jù)碼X(i)并存入數(shù)據(jù)緩存器。單片微處理器在每次信號采集過程結(jié)束后將數(shù)據(jù)緩存器中所存聲波波形數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度鑒別并根據(jù)其結(jié)果調(diào)整增益碼M(N)，調(diào)整規(guī)則如表2所示。表1
表2
其中Xm-A/D輸出數(shù)字碼的正滿幅值。
Max(X(i))-聲波波形數(shù)據(jù)絕對值的最大值。
單片微處理器在每次聲波信號的采集過程中，將前次所選的M(N)記憶住，待采集過程結(jié)束后，根據(jù)當(dāng)時(shí)對X(i)的幅度鑒別而重新選擇增益碼并對反饋式前置放大器重新設(shè)置，然后再重復(fù)采集過程直至最終使M(N)保持不變。
圖3是反饋式前置放大器，由一片二進(jìn)制程控放大器、兩片十進(jìn)制程控放大器、六位數(shù)據(jù)鎖存器組成，實(shí)施方案是由兩片PGA103、一片AD526和一片74HC573組成；設(shè)三級放大器的增益分別為G3、G2、G1，則總增益為G＝G3、G2、G1，G與增益碼M(N)之間的關(guān)系如表3所示表3
其中M5M4M3M2M1為M(N)的六位二進(jìn)制碼，因?yàn)閄(i)xo(t)的?！獢?shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，二者是等價(jià)的，所以由表1、表2可得表4如下所示表4 其中Vo-A/D集成電路輸入電壓的正滿幅值。
Xom-反饋式前置放大器輸出電壓信號的峰值的絕對值。
由表4可見，按表2規(guī)則由單片微處理器對反饋式前置放大器進(jìn)行數(shù)字式負(fù)反饋控制，在有限次的采集過程后，最終可將增益自動設(shè)置在最佳值，以保證反饋式前置放大器輸出電壓信號的峰值的絕對值滿足下式 由于本實(shí)用新型采用的在每次聲波采集過程中可隨輸入信號的幅值變化而自動進(jìn)行增益的負(fù)反饋調(diào)節(jié)的前置放大器、在聲波檢測中不需要事先進(jìn)行電壓衰減的手動調(diào)節(jié)或上位機(jī)軟件的人為設(shè)置，因此具有很高的智能化程度；單片微處理器對前置放大器的數(shù)字式反饋控制提高了增益調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性；增益的自動調(diào)節(jié)降低了因電壓衰減器的電阻網(wǎng)珞引起的誤差和噪聲干擾；單片微處理器對前置放大器短程控制避免了采用上位計(jì)算機(jī)直接程控引起的很強(qiáng)的數(shù)字信號噪聲。
權(quán)利要求1.一種由單片微處理器控制并與上位計(jì)算機(jī)通訊、帶有前置放大器、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、高壓發(fā)射機(jī)及邏輯電路裝置的非金屬智能聲波檢測儀，本實(shí)用新型的特征在于帶有一個(gè)反饋式自動增益調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由反饋式前置放大器、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、單片微處理器及總線組成；反饋式前置放大器的輸出端與一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端連接、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出端與數(shù)據(jù)緩存器數(shù)據(jù)線連接、單片微處理器經(jīng)總線與數(shù)據(jù)緩存器連接、反饋式前置放大器的數(shù)字控制輸入端與單片機(jī)接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬智能聲波檢測儀，其特征在于反饋式前置放大器由一片二進(jìn)制程控放大器、兩片十進(jìn)制程控放大器、六位數(shù)據(jù)鎖存器組成；兩片十進(jìn)制程控放大器級聯(lián)，其輸出端與二進(jìn)制程控放大器輸入端連接，數(shù)據(jù)鎖存器的六個(gè)數(shù)字輸出端分別與上述三個(gè)程控放大器的數(shù)字控制端連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種在非金屬聲波檢測中能隨聲幅的變化而自動設(shè)置最佳增益的反饋式非金屬智能聲波檢測儀,這種儀器中帶有由反饋式前置放大器、模－數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)緩存器、單片微處理器及總線組成的反饋式自動增益調(diào)節(jié)系統(tǒng),能在信號采集過程中通過單片微處理器根據(jù)所采集聲波波形數(shù)據(jù)的幅度鑒別而自動選擇合適的增益碼對前置放大器進(jìn)行數(shù)字式負(fù)反饋增益調(diào)節(jié),其結(jié)果使得前置放大器的輸出電壓信號的峰值的絕對值最終落在A/D電路輸入電壓正滿幅值Vo至Vo/(2.5)之間。
文檔編號G01N29/04GK2458627SQ0023081
公開日2001年11月7日 申請日期2000年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月7日
發(fā)明者劉明貴, 李祺, 劉克 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所