專利名稱：數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種探傷探頭距探傷主機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)行之有效的長(zhǎng)線傳輸式多通道前置發(fā)射、放大裝置，特別是涉及一種數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置。
背景技術(shù)：
目前常用的多通道前置發(fā)射、放大裝置，其信號(hào)傳輸線和邏輯控制線較多，特別是當(dāng)通道數(shù)較多和布線距離較長(zhǎng)時(shí)，因線纜根數(shù)多而且長(zhǎng)，故而工程量大、可靠性降低、易受現(xiàn)場(chǎng)干擾，整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力大大下降。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為盡量減少信號(hào)傳輸線和邏輯控制線的根數(shù)，以提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，同時(shí)又能滿足長(zhǎng)線傳輸和多通道擴(kuò)展靈活、應(yīng)用方便的要求，提供一種數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置。
本實(shí)用新型數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置內(nèi)容簡(jiǎn)述本實(shí)用新型數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，是由主機(jī)系統(tǒng)、前置發(fā)射板、前置接收放大板、8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器、主放大采樣板、工控機(jī)構(gòu)成，其特征在于采用1塊8通道前置發(fā)射板和1塊8通道前置接收放大板，組成1個(gè)以每8個(gè)串行循環(huán)工作的通道為一個(gè)基本單元，有2循環(huán). 4循環(huán)、5循環(huán)、6循環(huán)、8循環(huán)多種循環(huán)模式，安裝于距主機(jī)系統(tǒng)30m以上遠(yuǎn)的位置，n(n＝1、2、…8)個(gè)基本單元并聯(lián)運(yùn)行，可組成8×n通道的超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置；在前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，備有兩組相同結(jié)構(gòu)的8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器，8通道前置接收放大板上備有8循環(huán)邏輯選通單元并受8通道前置發(fā)射板上的3位編碼器控制；前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間采用2根邏輯控制線和1根信號(hào)傳輸線，即采用3根信號(hào)線實(shí)現(xiàn)8個(gè)串行循環(huán)工作通道的前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間的全部信號(hào)連接；n(n＝1、2、…8)個(gè)8通道基本單元并聯(lián)運(yùn)行，其邏輯控制線為公用線，8×n通道系統(tǒng)的邏輯控制線仍為2根，通過主振信號(hào)(“Fm”)和清零信號(hào)(“0”)，實(shí)現(xiàn)前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間的同步有序工作。
采用脈沖分配器(比如CD4017)，組成1～8通道循環(huán)工作的8循環(huán)邏輯控制器，并有實(shí)時(shí)清零功能；采用3個(gè)觸發(fā)器(比如D觸發(fā)器CD4013)，組成實(shí)時(shí)選擇1～8通道時(shí)序的3位編碼器，并有實(shí)時(shí)清零功能。而且，8循環(huán)邏輯控制器和3位編碼器公用1個(gè)清零信號(hào)。
無論8×n(n＝1、2、…8)系統(tǒng)的n取何值，當(dāng)n個(gè)前置發(fā)射、放大裝置基本單元處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其根數(shù)保持不變且恒等于2根。
采用多路模擬開關(guān)(比如CD4051)，組成前置接收放大板的邏輯選通單元，由前置裝置中的3位編碼器控制，將每一個(gè)前置發(fā)射、放大裝置基本單元中8個(gè)獨(dú)立工作的超聲信號(hào)，用一根單線引出，并經(jīng)阻抗匹配的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)電路傳輸，實(shí)現(xiàn)每8路超聲信號(hào)的單線傳輸。
采用有足夠電流放大能力的晶體管射隨器(比如2SC1815)，令其射極電阻的阻值與傳輸線阻抗相匹配，從而保證長(zhǎng)線傳輸波形不失真、不衰減并有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。
可按如圖5所示方法簡(jiǎn)化，將2循環(huán).4循環(huán)、5循環(huán)、6循環(huán)、8循環(huán)等循環(huán)模式的轉(zhuǎn)換功能，放在前置發(fā)射、放大裝置中實(shí)現(xiàn)，從而可省略主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的8循環(huán)邏輯控制器。
可按如圖6所示的方法簡(jiǎn)化，將8路進(jìn)入前置接收放大板的超聲信號(hào)分別進(jìn)行限幅(比如用2個(gè)反向并聯(lián)的二極管和1個(gè)電阻)和進(jìn)行輸入、輸出阻抗變換(比如用3SK59)，先送入多路模擬開關(guān)的輸入端，在3位編碼器的時(shí)序控制下，由該模擬開關(guān)的輸出端單線引出，然后統(tǒng)由一個(gè)前置放大電路進(jìn)行放大，可節(jié)省7個(gè)前置放大電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有常規(guī)方法相比，具有信號(hào)線根數(shù)少、施工簡(jiǎn)便、通道擴(kuò)展靈活和提高系統(tǒng)信噪比、長(zhǎng)線傳輸信號(hào)不受損失的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為數(shù)字式多通道超聲波探傷儀前置發(fā)射、放大裝置結(jié)構(gòu)框圖圖2為8通道前置發(fā)射板電原理圖圖3為主機(jī)系統(tǒng)8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器電原理圖圖4為8通道前置接收放大板電原理圖圖5為簡(jiǎn)易型8通道前置發(fā)射板及主機(jī)系統(tǒng)3位編碼器電原理圖圖6為簡(jiǎn)易型8通道前置接收放大板電原理圖具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合附圖進(jìn)一步說明，見圖1是數(shù)字式多通道超聲波探傷儀前置發(fā)射、放大裝置結(jié)構(gòu)框圖，是由主機(jī)系統(tǒng)9～24、前置發(fā)射板1A～8A、前置接收放大板1B～8B、主機(jī)系統(tǒng)8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器9～16、主放大采樣板17～24、工控機(jī)25構(gòu)成，是以每8個(gè)串行循環(huán)工作的通道為一個(gè)基本單元，其中包括一塊8通道前置發(fā)射板(圖2)和一塊8通道前置接收放大板(圖3)。在8通道前置發(fā)射板上備有8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器，在8通道前置接收放大板上備有8循環(huán)邏輯選通單元，并受8通道前置發(fā)射板上的3位編碼器控制。前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間采用2根邏輯控制線(主振信號(hào)1根、清零信號(hào)1根)和1根信號(hào)傳輸線，即采用3根信號(hào)線實(shí)現(xiàn)8個(gè)串行循環(huán)工作通道的前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間的全部信號(hào)連接。其邏輯控制線為公用線，8×n通道系統(tǒng)的邏輯控制線仍為2根保持不變，只是高頻超聲信號(hào)的傳輸線增加為n根，即8×n通道的全部信號(hào)線根數(shù)為2+n根。比如8×8＝64通道系統(tǒng)的全部信號(hào)線根數(shù)為2+8＝10根。
見圖2是8通道前置發(fā)射板電原理圖，輸入信號(hào)“Fm”是多通道探傷系統(tǒng)中工控機(jī)發(fā)出的主振時(shí)序脈沖(主振信號(hào))，是整個(gè)系統(tǒng)的同步指令脈沖。其脈沖周期，即為前置發(fā)射、放大裝置基本單元中1個(gè)通道的工作時(shí)間。為使顯示系統(tǒng)中的掃描時(shí)間略超前回波波形，主振信號(hào)“Fm”經(jīng)反向器IC1、IC2整形和經(jīng)R2、W1、C1延時(shí)(約20μs)并再經(jīng)反向器IC3、IC4整形后，形成延時(shí)的時(shí)序脈沖“Fd”，送入脈沖分配器IC12(比如CD4017)。脈沖分配器可對(duì)“CLK”端輸入的時(shí)序脈沖進(jìn)行不同循環(huán)模式的分配，比如2循環(huán)、4循環(huán)、5循環(huán)、6循環(huán)、8循環(huán)、10循環(huán)等。改變“RST”端的清零周期，則循環(huán)模式隨之變化。若清零周期恰好是8個(gè)“Fd”周期，則脈沖分配器以8循環(huán)模式工作，即組成8循環(huán)邏輯控制器。觸發(fā)器(比如CD4013)IC9、IC10、IC11組成3位編碼器，對(duì)“Fd”時(shí)序脈沖進(jìn)行3位編碼，以區(qū)別當(dāng)前工作通道。即3級(jí)分頻器的3個(gè)Q端輸出Q1、Q2、Q3組成3位二進(jìn)制編碼信號(hào)，對(duì)應(yīng)脈沖分配器的8個(gè)輸出狀態(tài)，實(shí)時(shí)鑒別當(dāng)前工作通道。Q1、Q2、Q3分別用“a”、“b”、“c”表示其二進(jìn)制的3位數(shù)。3個(gè)觸發(fā)器的清零，與脈沖分配器公用1個(gè)由主機(jī)系統(tǒng)提供的清零信號(hào)“0”，以達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的同步工作。R6、C2組成很小的延時(shí)(比如1μs)電路，以確保3級(jí)分頻器可靠工作。3位編碼信號(hào)“a”、“b”、“c”經(jīng)3個(gè)射隨器TR2、TR3、TR4驅(qū)動(dòng)輸出，去控制前置接收放大板的邏輯選通單元。
從脈沖分配器的不同輸出端按順序輸出的單個(gè)脈沖，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器(比如CD4049)IC17～I(xiàn)C24分別觸發(fā)1～8通道的發(fā)射電路，并激勵(lì)對(duì)應(yīng)的探頭。發(fā)射電路與普通的單通道超聲波探傷儀發(fā)射電路相同。
見圖3，是設(shè)置于主機(jī)系統(tǒng)中的8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器電原理圖，其結(jié)構(gòu)和工作原理與前置發(fā)射板(圖2)的相同。選擇開關(guān)K1置不同位置，可改變脈沖分配器IC12的清零周期，從而改變系統(tǒng)循環(huán)模式，比如2循環(huán)、4循環(huán)、5循環(huán)、6循環(huán)、8循環(huán)等。這一清零信號(hào)“0”經(jīng)射隨器TR6驅(qū)動(dòng)后，輸出至前置發(fā)射板。從工控機(jī)發(fā)出的主振信號(hào)“Fm”，經(jīng)射隨器TR5驅(qū)動(dòng)后，也輸出至前置發(fā)射板。延時(shí)的時(shí)序脈沖“Fd”和3位編碼信號(hào)“a”、“b”、“c”輸出至主機(jī)系統(tǒng)的主放大、采樣板，為其提供測(cè)時(shí)和選擇通道的依據(jù)。主機(jī)系統(tǒng)和前置發(fā)射、放大裝置之間僅有主振信號(hào)“Fm”和清零信號(hào)“0”兩根信號(hào)線連接。
n個(gè)8通道基本單元并聯(lián)運(yùn)行，即組成8×n通道前置裝置，主振信號(hào)“Fm”和清零信號(hào)“0”是公用線，仍然是2根保持不變，而且，主機(jī)系統(tǒng)中的n個(gè)8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器，也是公用這一個(gè)清零信號(hào)“0”。采用不同的循環(huán)模式，即組成2×n、4×n、6×n、等不同的多通道系統(tǒng)。
見圖4，是8通道前置接收放大板電原理圖，多路模擬開關(guān)IC1(比如CD4051)，靠3位編碼信號(hào)“a”、“b”、“c”控制時(shí)序，組成1～8通道的邏輯選通單元，將8路獨(dú)立的超聲信號(hào)最終用1根單線引出。由于先有一級(jí)前置接收放大電路，所以有利于提高系統(tǒng)信噪比。前置接收放大電路與普通單通道探傷儀的第1級(jí)放大電路相同。C1、R1和TR1、R2、R3組成長(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ潋?qū)動(dòng)電路，晶體管射隨器TR1(比如2SC1815)有足夠的電流放大能力和頻帶寬度。R3視長(zhǎng)線傳輸阻抗，可選300Ω或75Ω、50Ω等不同的阻值，R2可選20～200Ω范圍內(nèi)經(jīng)試驗(yàn)確定的阻值，以保證傳輸線長(zhǎng)度延長(zhǎng)至30m以上時(shí)，高頻超聲信號(hào)不失真、不衰減。
見圖5，是簡(jiǎn)易型8通道前置發(fā)射板及主機(jī)系統(tǒng)3位編碼器電原理圖。將循環(huán)模式選擇開關(guān)K1放在前置發(fā)射板上，從而省略了主機(jī)系統(tǒng)的8循環(huán)邏輯控制器，可降低系統(tǒng)成本。但因改變循環(huán)模式在前置裝置中操作，而前置裝置離主機(jī)系統(tǒng)所處的機(jī)房較遠(yuǎn)，故而操作有些不方便。在不經(jīng)常改變循環(huán)模式的場(chǎng)合，這一方法有優(yōu)點(diǎn)。
見圖6，是簡(jiǎn)易型前置接收放大板電原理圖。從8個(gè)獨(dú)立的超聲探頭引入的超聲信號(hào)，分別經(jīng)R1、D1、D2限幅和經(jīng)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管(比如3SK59)進(jìn)行輸入、輸出阻抗變換，送到多路模擬開關(guān)IC1(比如CD4051)，由輸出端單線輸出后僅用1個(gè)前置放大電路進(jìn)行放大，從而比圖4所示的方法，可節(jié)省7個(gè)前置放大電路，降低系統(tǒng)成本。但系統(tǒng)信噪比不如圖4所示方法好。當(dāng)系統(tǒng)信噪比要求不很高時(shí)，這一方法有優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，是由主機(jī)系統(tǒng)、前置發(fā)射板、前置接收放大板、8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器、主放大采樣板、工控機(jī)構(gòu)成，其特征在于由前置發(fā)射板和前置接收放大板組成以每8個(gè)串行循環(huán)工作的通道為一個(gè)基本單元的多種循環(huán)模式的超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，安裝于距主機(jī)系統(tǒng)30m以上遠(yuǎn)的位置，n(n＝1、2、…8)個(gè)基本單元并聯(lián)組成8×n通道；在前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，前置發(fā)射板上備有8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器，前置接收放大板上備有8循環(huán)邏輯選通單元；前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間采用2根邏輯控制線，采用1根信號(hào)傳輸線引出8個(gè)通道的高頻超聲信號(hào)，采用3根信號(hào)線實(shí)現(xiàn)8個(gè)串行循環(huán)工作通道的前置裝置與主機(jī)系統(tǒng)之間的全部信號(hào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，其特征在于所說的8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器，采用脈沖分配器，組成1～8通道循環(huán)工作的8循環(huán)邏輯控制器；采用3個(gè)觸發(fā)器，組成實(shí)時(shí)選擇1～8通道時(shí)序的3位編碼器，8循環(huán)邏輯控制器和3位編碼器公用1個(gè)清零信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，其特征在于采用多路模擬開關(guān)，組成前置接收放大板的邏輯選通單元，由前置裝置中的3位編碼器控制，將每一個(gè)前置發(fā)射、放大裝置基本單元中8個(gè)獨(dú)立工作的超聲信號(hào)，用一根單線引出，并經(jīng)阻抗匹配的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)電路傳輸，采用晶體管射隨器，令其射極電阻的阻值與傳輸線阻抗相匹配。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種數(shù)字式多通道超聲波探傷儀的前置發(fā)射、放大裝置，是由主機(jī)系統(tǒng)、前置發(fā)射板、前置接收放大板、8循環(huán)邏輯控制器及3位編碼器、主放大采樣板、工控機(jī)構(gòu)成，每個(gè)單元由1塊8通道前置發(fā)射板和1塊8通道前置接收放大板組成，n(n＝1、2、…8)個(gè)8通道單元并聯(lián)運(yùn)行可組成8×n通道裝置，僅用2根邏輯信號(hào)線即可控制8×n個(gè)通道的有序工作，僅用一根信號(hào)線即可引出一個(gè)單元8個(gè)通道的超聲信號(hào)，而且前置裝置與超聲主機(jī)系統(tǒng)之間的布線長(zhǎng)度可延長(zhǎng)至30m以上并保證信號(hào)傳輸不受損失，有結(jié)構(gòu)緊湊、通道擴(kuò)展靈活、線纜根數(shù)少、工作可靠等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N29/04GK2586158SQ0228055
公開日2003年11月12日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者盧明熙 申請(qǐng)人:鞍山美斯探傷設(shè)備有限公司