專利名稱:包括裂隙門的超聲信號處理系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及一個(gè)高速超聲信號處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)捕捉對于超聲探傷所必須的所有超聲信號，更具體地說，本發(fā)明涉及的系統(tǒng)采用了成對的裂隙門，其中每一裂隙門處理與被探傷材料內(nèi)部的深度相對應(yīng)的一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)，并且由該對中的某一裂隙門將收集的數(shù)據(jù)傳遞到一個(gè)中央控制和裂隙門定位計(jì)算機(jī)中，而該對中的另一裂隙門則處理到來的超聲信號數(shù)據(jù)。
總的來說，在一個(gè)計(jì)算機(jī)化的超聲探傷系統(tǒng)中，對于輸入信號處理速度的限制同樣限制著對一個(gè)物體(例如一個(gè)發(fā)電廠的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子)進(jìn)行探傷的速度。立體超聲探傷必須將一個(gè)超聲波束掃穿整個(gè)被探傷的材料以獲得完整的覆蓋。如果被探測的裂隙尺寸很小，則要求用很小的超聲波束，導(dǎo)致用相當(dāng)數(shù)目的波束穿透該材料以檢出所有的裂隙，進(jìn)行一次探傷所要求的總時(shí)間是檢查象汽輪機(jī)和轉(zhuǎn)子孔徑這類物體時(shí)成本中的主要因素。在制造過程結(jié)束時(shí)以及在定期的例行維護(hù)中的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子孔徑探傷要求對孔表面附近可通過再加工去掉的裂隙進(jìn)行檢測，或者對更深的必須進(jìn)行監(jiān)測的裂隙進(jìn)行檢測以確定它們的變化，這樣可在一次災(zāi)難性事故發(fā)生之前換下該轉(zhuǎn)子不再使用。減少探傷時(shí)間是發(fā)電產(chǎn)業(yè)所特別希望的事情。
限制轉(zhuǎn)子探傷速度的一個(gè)關(guān)鍵因素是記錄與超聲顯示(ultrasonic indications)相關(guān)的數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)該顯示可指示出一個(gè)裂隙。一個(gè)超聲顯示是由換能接收到的一個(gè)反射信號，它超過了在定標(biāo)過程中確定的一個(gè)幅度閾值水平。一個(gè)裂隙門被用于確定最小的和最大的轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔，在兩者之間將對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理同時(shí)將返回信號的數(shù)據(jù)與幅度閾值相比較。對于每一個(gè)顯示，必須記錄下該顯示的幅值，產(chǎn)生該顯示的脈沖的傳輸時(shí)間(the time of flight)，和該顯示被測出時(shí)換能器在轉(zhuǎn)子參考系中的位置座標(biāo)。當(dāng)把以上數(shù)據(jù)與關(guān)于超聲波幾何通道的知識結(jié)合起來時(shí)，該反射體或裂隙的位置及其大小即可確定。
在常規(guī)的計(jì)算機(jī)操作的超聲探傷系統(tǒng)中，該計(jì)算機(jī)必須不僅要讀出超聲測量裝置的狀態(tài)，還要讀出換能器的位置。如果記錄到一個(gè)顯示，這一單個(gè)計(jì)算機(jī)要把該顯示的時(shí)間記錄和掃描器的位置一起存儲起來。如果掃描速度太快以致主計(jì)算機(jī)不能跟上來自換能器的數(shù)據(jù)的速率，這一常規(guī)方案就會變得極不準(zhǔn)確并且會丟失數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)用于確定物體中裂隙大小和位置的高速超聲信號處理系統(tǒng)。
因此，鑒于這一目的，本發(fā)明在于一個(gè)超聲信號處理系統(tǒng)，包括一個(gè)控制處理器;一個(gè)與上述控制處理器相連的定時(shí)控制單元，它產(chǎn)生包括窗口信號的定時(shí)控制信號;一個(gè)與上述定時(shí)控制單元相連并受其控制的脈沖控制單元;一個(gè)與上述脈沖控制單元相連和受其控制并產(chǎn)生接收信號的探傷換能器;一個(gè)與上述探傷換能器相連并產(chǎn)生其位置的解算器;一個(gè)與上述定時(shí)控制單元和探傷換能器相連并根據(jù)窗口信號來衰減接收信號的模擬多路轉(zhuǎn)接器;以及一個(gè)與上述模擬多路轉(zhuǎn)接器相連并將衰減了的接，收信號數(shù)字化的數(shù)字轉(zhuǎn)換器;其特征在于同上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時(shí)控制單元和解算器相連的多個(gè)裂隙門，每一個(gè)門根據(jù)一個(gè)窗口信號通過將一個(gè)閾值波形根據(jù)一個(gè)測距補(bǔ)償(ranging offset)進(jìn)行移位來存儲并處理數(shù)字化的衰減接收信號，并將其與移位的閾值波形相比較，當(dāng)該數(shù)字化接的信號超過閾值波形時(shí)產(chǎn)生裂隙顯示并存儲位置，上述控制處理器在上述探傷換能器的一次掃描結(jié)束時(shí)檢索裂隙顯示和相應(yīng)的位置并以該位置和裂隙顯示來確定裂隙的定位。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于在一個(gè)用探傷換能器和測距換能器進(jìn)行探傷的材料中確定裂隙顯示的一種方法，包括的步驟有在一個(gè)位置上從測距換能器獲得該材料的測距補(bǔ)償;觸發(fā)探傷換能器以產(chǎn)生該位置的一個(gè)探傷信號;在一個(gè)采樣窗口中對返回的探傷信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字返回信號的采樣波形，其特征為用測距補(bǔ)償對數(shù)字返回信號的采樣波形進(jìn)行移位;將移位的返回信號采樣波形與一個(gè)閾值波形進(jìn)行比較;存儲移位的返回信號采樣波形超過閾值波形的偏差的高峰幅值和高峰時(shí)間;在不同位置上重復(fù)步驟(b)-(f);將高峰幅值，高峰時(shí)間和位置傳遞給一個(gè)裂隙定位確定裝置。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將參考附圖予以說明，其中圖1是本發(fā)明的部件框圖;
圖2A示出圖1中定時(shí)控制單元26的細(xì)節(jié);
圖2B和2C是圖2A中數(shù)據(jù)和控制總線30的信號和狀態(tài)計(jì)數(shù)器54的輸出時(shí)序圖;
圖3示出圖1中脈沖控制單元28的細(xì)節(jié);
圖4示出圖1中模擬輸入多路轉(zhuǎn)接器32的部件;
圖5示出圖1中的數(shù)字轉(zhuǎn)換器34細(xì)節(jié);
圖6示出圖1中裂隙門36-42的部件;
圖7示出圖5中的波形存儲單元116;
圖8示出用于從一個(gè)返回超聲信號中獲得反射顯示的閾值曲線;
圖9A-9C示出圖6所示的裂隙門中由CPU120執(zhí)行的程序;
圖10和圖11示出如何根據(jù)由裂隙門提供的顯示數(shù)據(jù)定位一個(gè)裂隙。
本發(fā)明利用一個(gè)快速移動的切向方式掃描機(jī)構(gòu)不引入位置誤差和不丟失數(shù)據(jù)即可對一個(gè)物體(如一個(gè)發(fā)電廠的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子)進(jìn)行高速超聲探傷。本發(fā)明的系統(tǒng)能使與超聲轉(zhuǎn)子探傷時(shí)間相關(guān)的成本被顯著地降低。在本發(fā)明中采用了裂隙門來處理和記錄一次掃描中檢測到的超聲反射顯示。每一個(gè)裂隙門均直接在該裂隙門中記錄下關(guān)鍵任務(wù)參數(shù)如掃描器位置或表面時(shí)間，這樣該參數(shù)可立即同波幅與傳遞時(shí)間信息一起記錄下來，并用于校正傳遞時(shí)間信息。在優(yōu)選實(shí)施方案中裂隙門僅選擇并記錄與被探傷材料內(nèi)部的深度或位置相對應(yīng)的一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)與閾值相比最大的幅值信號作為一個(gè)反射顯示。然而，在每一窗口內(nèi)裂隙門有可能記錄高達(dá)256個(gè)顯示。數(shù)據(jù)識別和閾值比較的開始和停止可獨(dú)立地觸發(fā)以控制每一窗口的定位和分辨的精確性。在裂隙門中可供使用的傳遞時(shí)間補(bǔ)償可用于校正換能器的定向偏差，被探傷表面的幾何變化，浸泡液的改變或被探查材料的溫度，以及要求改變幅度閾值比較開始的參考時(shí)間的任何其它條件。
裂隙門是成對安排，這樣數(shù)據(jù)在一個(gè)裂隙門中被處理和記錄的同時(shí)該對中的另一個(gè)裂隙門可將裂隙顯示和相應(yīng)的換能器位置傳遞到一個(gè)主計(jì)算機(jī)。在數(shù)據(jù)收集和處理過程中改換裂隙門確保了在一個(gè)特定裂隙門對的窗口中檢測到一個(gè)大數(shù)目的反射顯示時(shí)不丟失數(shù)據(jù)。還有可能與其它參數(shù)如果時(shí)間、位置或掃描方向同步地改變一對裂隙門的使用。使用多對裂隙門可通過根據(jù)換能器位置或材料深度將裂隙門的數(shù)據(jù)捕獲劃分到窗口中去以使每一裂隙門對的處理負(fù)擔(dān)減輕。在優(yōu)選實(shí)施方案中，每一對的兩個(gè)裂隙門被分配到探傷系統(tǒng)中不同的掃描方向上。這就是說，優(yōu)選的掃描方法是使掃描頭的軸向指針在轉(zhuǎn)子孔徑內(nèi)的每一旋轉(zhuǎn)變換中在順時(shí)針和逆時(shí)針的全360°旋轉(zhuǎn)之間替換。該對中的一個(gè)裂隙門在順時(shí)針旋轉(zhuǎn)過程中對數(shù)據(jù)采樣和處理，而另一個(gè)則在逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)過程中工作，每一掃描過程中將換能器的圓周位置提供給每一裂隙門。在優(yōu)選實(shí)施方案中每一掃描換能器有六對裂隙門外加一個(gè)第十三專用裂隙門。每一對裂隙門專用于一個(gè)特定的材料深度范圍或一個(gè)時(shí)間窗口。每一工作中的裂隙門還執(zhí)行對傳遞時(shí)間數(shù)據(jù)的校正以補(bǔ)償掃描頭相對于轉(zhuǎn)子孔徑的偏心和擺動，確保適當(dāng)?shù)赜涗浵路瓷潴w的位置。第十三個(gè)裂隙門用于收集專用于這一校正的測距數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對應(yīng)于傳遞時(shí)間和換能器位置。
在圖1中，一個(gè)控制計(jì)算機(jī)10通過接口驅(qū)動器12在主CPU總線16上向軸控制計(jì)算機(jī)14發(fā)出信號以啟動一次探測。軸控制計(jì)算機(jī)14控制著與一個(gè)或多個(gè)陣列換能器20機(jī)械連接并與一個(gè)測距換能器22物理連接的軸控制電機(jī)18以使掃描頭移動到希望的位置，一個(gè)解算器24將換能器位置信息送回到軸控制計(jì)算機(jī)14，它再將其通過總線30送到裂隙門，換能器20到位之后，一個(gè)定時(shí)控制單元26經(jīng)過控制和數(shù)據(jù)總線30啟動一個(gè)脈沖控制單元28。數(shù)據(jù)總線30是一個(gè)多用途總線，它是60位寬，有專用于諸如控制信號和數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的位組。脈沖控制單元28啟動由陣列換能器20或測距換能器22進(jìn)行的脈沖發(fā)射。來自換能器20和22的返回信號由模擬多路轉(zhuǎn)接器32根據(jù)被啟動的換能器進(jìn)行多路變換并根據(jù)返回信號窗口在被探測材料中的深度進(jìn)行衰減。該模擬多路轉(zhuǎn)接器還將返回信號在通過總線30送到數(shù)字轉(zhuǎn)換器34之前進(jìn)行整流。數(shù)字轉(zhuǎn)換器34連續(xù)地將換能器信號數(shù)字化并將數(shù)字化的返回信號送往裂隙門36-42。
裂隙門36-42在成對通道上運(yùn)行，其中每一通道是在與可發(fā)生反射的被測材料內(nèi)的深度相對應(yīng)的一個(gè)時(shí)間窗口內(nèi)工作。定時(shí)控制單元26控制著對每一通道的窗口的開放，而數(shù)字轉(zhuǎn)換器34在一旦有一個(gè)樣本被數(shù)字化時(shí)即傳遞負(fù)載或向所有裂隙門36-42寫入控制脈沖。每一裂隙門在用于相應(yīng)窗口的一個(gè)波形存儲器中存入數(shù)字化的換能器返回信號值。然后每一裂隙門將一個(gè)閾值波形移位一個(gè)傳遞時(shí)間補(bǔ)償量，該補(bǔ)償是旋轉(zhuǎn)位置的函數(shù)并表明了陣列換能器20與被探測材料間的相對位置的變化。隨后，每一裂隙門將存儲的返回信號波形與移位的閾值波形相比較并存儲每個(gè)信號超出閾值曲線的高峰幅值，起始時(shí)間，峰值時(shí)間和停止時(shí)間。這些信號超出值是可以表明裂隙的反射體顯示。軸控制計(jì)算機(jī)14向裂隙門36-42表明每次掃描中換能器20的位置，并且換能器位置與反射體顯示數(shù)據(jù)一起通過主計(jì)算機(jī)總線16被傳輸并通過接口驅(qū)動器12到達(dá)控制計(jì)算機(jī)10，然后控制計(jì)算機(jī)10根據(jù)在浸泡液和被探測材料中已知的超聲波束幾何路徑確定裂隙門的位置。
裂隙門36-42是成對安排以便在順時(shí)針掃描過程中，一個(gè)裂隙門收集和處理數(shù)據(jù)而在逆時(shí)針掃描過程中另一個(gè)裂隙門收集和處理數(shù)據(jù)。在一個(gè)門不收集和處理換能器數(shù)據(jù)的期間內(nèi)，該門可用于向控制計(jì)算機(jī)10傳輸反射顯示數(shù)據(jù)。在圖1中，為了簡化說明，裂隙門等是用于一個(gè)單獨(dú)的換能器。然而，實(shí)際上是用幾個(gè)探傷換能器進(jìn)行一次探測;其結(jié)果是電路26-42在一次真正的系統(tǒng)中對每一個(gè)探傷換能器都應(yīng)是重復(fù)的。也有可能將一對裂隙門分配給多個(gè)固定焦點(diǎn)的換能器或單個(gè)具有幾個(gè)不同的聚焦深度的可變焦點(diǎn)換能器。
定時(shí)控制單元26產(chǎn)生圖2B中所示的數(shù)據(jù)和控制總線信號。同步脈沖44-1控制換能器上超聲波的產(chǎn)生。延時(shí)同步脈沖44-2發(fā)生在一個(gè)數(shù)據(jù)窗口的開始處，該窗口從同步脈沖開始處延時(shí)了時(shí)間段44-5。數(shù)據(jù)窗口信號44-3確定了載入裂隙門36-42中某一個(gè)門的數(shù)字化數(shù)據(jù)的寬度。通道代碼線(ch0-ch5)44-4唯一地確定出一個(gè)通道用于控制數(shù)據(jù)載入一個(gè)特定的裂隙門、同步脈沖的傳遞路徑、放大器輸入通道以及放大器輸入衰減。
一個(gè)定時(shí)周期是同步脈沖之間的期間，它分為四個(gè)分離的節(jié)段。時(shí)間節(jié)段＃1 44-5是從同步脈沖到延時(shí)間同步脈沖。時(shí)間節(jié)段＃2 44-6是從延時(shí)間同步脈沖到數(shù)據(jù)窗口的結(jié)尾。時(shí)間節(jié)段＃3 44-7從數(shù)據(jù)窗口的結(jié)尾到一個(gè)任意點(diǎn)上，該點(diǎn)一般是在下一個(gè)同步脈沖之前幾百微秒處。時(shí)間節(jié)段＃4是從時(shí)間節(jié)段＃3的結(jié)尾到下一個(gè)同步脈沖。通道線44-4是在時(shí)間節(jié)段＃3 44-7的結(jié)尾處改變。時(shí)間節(jié)段＃4的目的是允許電子線路在產(chǎn)生下一個(gè)同步脈沖之前穩(wěn)定下來，該電路通過改變通道線而進(jìn)行在線的多路復(fù)用。
定時(shí)控制單元26受控于圖2A的定時(shí)控制存儲器44，該存儲器是一個(gè)隨機(jī)存取存儲器(RAM)，由控制計(jì)算機(jī)10通過主總線16并經(jīng)接口控制單元42裝入負(fù)載。定時(shí)控制存儲器44包含用于控制圖2B中所示四個(gè)時(shí)間節(jié)段中每一個(gè)節(jié)段的數(shù)據(jù)。每一時(shí)間節(jié)段由定時(shí)控制存儲器44中的八個(gè)八位字來定義，如以下的節(jié)段存儲器變換表中所示字 說明0 保留-未使用1 定時(shí)計(jì)數(shù)器的低字節(jié)2 定時(shí)計(jì)數(shù)器的中字節(jié)3 定時(shí)計(jì)數(shù)器的高字節(jié)4 通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位5 脈沖控制位6 下一個(gè)地址7 保留-未使用在八個(gè)字中，字0保留未使用。字1包含對定時(shí)計(jì)數(shù)器低字節(jié)(位0-7)的預(yù)置值。字2包含對中字節(jié)(位8-15)的定時(shí)計(jì)算器預(yù)置值。字3包含對高字節(jié)(位16-23)的計(jì)數(shù)器預(yù)置值。字4包含通道代碼位和數(shù)據(jù)窗口位，如以下通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位變換表所示
通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位變換表位 名稱 說明0 CHO 通道代碼位01 CH1 通道代碼位12 CH2 通道代碼位23 CH3 通道代碼位34 CH4 通道代碼位45 CH5 通道代碼位56 WIN 數(shù)據(jù)窗口位7 - 未使用位0-5控制CHO-CH5(通道代碼線)，位6控制數(shù)據(jù)窗口。當(dāng)位6為邏輯狀態(tài)1時(shí)，數(shù)據(jù)窗口在整個(gè)節(jié)段內(nèi)在數(shù)據(jù)和控制總線30上運(yùn)行。字5控制同步和延時(shí)間步脈沖的產(chǎn)生，如以下脈沖控制位變換表所示脈沖控制位變換表位 說明0 同步控制位1 延時(shí)同步控制位2-7 未使用當(dāng)字5的位0是一個(gè)邏輯狀態(tài)1時(shí)它導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)同步脈沖。當(dāng)字5的位1是一個(gè)邏輯狀態(tài)1時(shí)它導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)同步脈沖。字6是定時(shí)控制存儲器44的8位更高層的地址位，用于下一個(gè)被執(zhí)行的節(jié)段。字7保留未使用。
一個(gè)正常的完整定時(shí)間周期包括由定時(shí)控制單元26依次執(zhí)行4個(gè)適當(dāng)構(gòu)成的節(jié)段。參見圖2Co，在前一同步期間的節(jié)段＃4的末尾，當(dāng)定時(shí)控制計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)到零時(shí)產(chǎn)生一個(gè)來自定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48的進(jìn)位信號44-11。該進(jìn)位信號輸入到解碼器和控制邏輯52，它將狀態(tài)計(jì)數(shù)器54由狀態(tài)7重置為狀態(tài)0，如圖2c的44-10所示。然后，狀態(tài)計(jì)數(shù)器54依次通過狀態(tài)0到6并保持在第七個(gè)狀態(tài)上。從一個(gè)狀態(tài)到下一狀態(tài)的計(jì)時(shí)是與10MHz的時(shí)鐘44-12同步。狀態(tài)計(jì)數(shù)的輸出線44-13，44-14，44-15是定時(shí)控制存儲器44的較低的三個(gè)地址位。當(dāng)狀態(tài)計(jì)數(shù)器54從0返回計(jì)數(shù)到7時(shí)，不同的狀態(tài)由解碼器和控制邏輯52解碼。
1狀態(tài)的44-16預(yù)置定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48的低八位。2狀態(tài)的44-17預(yù)置計(jì)數(shù)器48的中八位。3狀態(tài)44-18預(yù)置計(jì)數(shù)器48的高八位。4狀態(tài)44-19將通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位裝入通道代碼和數(shù)據(jù)窗口鎖存器46。5狀態(tài)44-20在數(shù)據(jù)和控制總線30上產(chǎn)生同步和延時(shí)同步脈沖。6狀態(tài)44-21裝入下一地址鎖存器值，它設(shè)定了定時(shí)控制存儲器44的高八位地址。當(dāng)狀態(tài)計(jì)數(shù)器54已達(dá)到狀態(tài)7后，定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48被啟動并開始計(jì)數(shù)器到零。它計(jì)數(shù)到零所用時(shí)間由計(jì)數(shù)器預(yù)置值確定，該值是在狀態(tài)計(jì)數(shù)器54的狀態(tài)1，2和3的期間，從定時(shí)控制存儲器44的位置1，2和3中裝入。
對于一個(gè)定時(shí)周期的第一節(jié)段，狀態(tài)計(jì)數(shù)器依次通過狀態(tài)1，2和3以便向計(jì)數(shù)器48裝入節(jié)段＃1的定時(shí)值。在狀態(tài)4的期間，通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位被鎖存。對于節(jié)段＃1，數(shù)據(jù)窗口位是一個(gè)邏輯狀態(tài)0。在狀態(tài)5的期間，解碼器和控制邏輯52通過將脈沖源信號44-20和同步控制位44-48做與運(yùn)算以產(chǎn)生一個(gè)同步脈沖，該同步控制位是一個(gè)邏輯狀態(tài)1(RAM位置5 44-35的位0)。延時(shí)同步脈沖不產(chǎn)生，因?yàn)檠訒r(shí)同步控制位44-49是一個(gè)邏輯狀態(tài)0(RAM位置5 44-48的位1)。在狀態(tài)6期間，下一地址鎖存器被裝入。達(dá)到狀態(tài)7以后，定時(shí)控制計(jì)數(shù)器向下計(jì)數(shù)到零。當(dāng)它達(dá)到零時(shí)，進(jìn)位輸出脈沖44-11被送到解碼器和控制邏輯52，它再觸發(fā)狀態(tài)計(jì)數(shù)器54以啟動由下一地址鎖存器50設(shè)置的RAM地址處開始的另一周期。為了適當(dāng)運(yùn)行，來自節(jié)段＃1的下一地址字必須正確地指向定時(shí)控制存儲器44中的區(qū)域，它包括用于節(jié)段2的數(shù)據(jù)。
對于第二節(jié)段，狀態(tài)計(jì)數(shù)器再次依次通過狀態(tài)1、2和3以便將節(jié)段＃2的定時(shí)值裝入計(jì)數(shù)器48。在狀態(tài)4期間，通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位被鎖存。對于節(jié)段2，通道代碼與節(jié)段＃1相同，但數(shù)據(jù)窗口位是一個(gè)邏輯狀態(tài)1，它使數(shù)據(jù)窗口在整個(gè)節(jié)段＃2中在控制和數(shù)據(jù)總線30上都為高值。在狀態(tài)5期間，解碼器和控制邏輯52通道將脈沖源信號44-20和延時(shí)同步控制位44-49與運(yùn)算而產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)同步脈沖，該控制位是一個(gè)邏輯狀態(tài)1。同步脈沖不產(chǎn)生，因?yàn)橥娇刂莆?4-48是一個(gè)邏輯狀態(tài)0。在狀態(tài)6期間下一地址鎖存器50被裝入。達(dá)到狀態(tài)7之后，定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48向下計(jì)數(shù)到零，它觸發(fā)了由下一地址鎖存器50設(shè)定用于節(jié)段＃3的RAM地址處開始的另一周期。
在第三節(jié)段的狀態(tài)1-3期間，計(jì)數(shù)器48裝入節(jié)段＃3的定時(shí)值。在狀態(tài)4期間，通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位被鎖存。對于節(jié)段3，通道代碼與節(jié)段1和2相同，然而，數(shù)據(jù)窗口位是一個(gè)邏輯0，它使數(shù)據(jù)窗口在控制和數(shù)據(jù)總線30上為低值。在狀態(tài)5期間，同步脈沖和延時(shí)同步控制位44-48和44-49均為邏輯狀態(tài)0。在狀態(tài)6期間，下一地址鎖存器50被裝入。達(dá)到狀態(tài)7之后，定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48向下計(jì)數(shù)到零，它觸發(fā)由下一地址鎖存器50設(shè)置的用于節(jié)段＃4的RAM地址處開始的另一周期。
在第四節(jié)段的狀態(tài)1-3期間，計(jì)數(shù)器48裝入節(jié)段＃4的定時(shí)值。在狀態(tài)4期間，通道代碼和數(shù)據(jù)窗口位被鎖存。對于節(jié)段＃4，通道代碼變?yōu)橄乱欢〞r(shí)周期的代碼。數(shù)據(jù)窗口位是一個(gè)邏輯狀態(tài)0，它使數(shù)據(jù)窗口在控制和數(shù)據(jù)總線30上是低值。在狀態(tài)5期間，同步脈沖和延時(shí)同步脈沖均不產(chǎn)生，因?yàn)橥胶脱訒r(shí)同步控制位44-48和44-49均為邏輯0。在狀態(tài)6期間，下一地址鎖存器50被裝入。達(dá)到狀態(tài)7之后，定時(shí)控制計(jì)數(shù)器48向下計(jì)數(shù)到零，它觸發(fā)由下一地址鎖存器50設(shè)置的RAM地址處開始的另一周期。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，最多有32個(gè)通道(窗口)，每一通道有4個(gè)定時(shí)節(jié)段。為向所有32個(gè)通道送脈沖，用于一個(gè)節(jié)段的下一地址字必須指向用于下一節(jié)段和通道的適當(dāng)數(shù)據(jù)區(qū)域。為了重復(fù)地僅向一個(gè)通道送脈沖，用于節(jié)段3的下一地址字必須指向節(jié)段＃4的開始處，這里設(shè)定了通道代碼。然后，如果定時(shí)控制單元26是在節(jié)段4的開始處啟動，它將對選定的通道循環(huán)通過節(jié)段1，2，3和4。
如圖3中所示，通道控制代碼被送入脈沖控制單元28中的一個(gè)延時(shí)存儲器或RAM56中。通道控制代碼做為一個(gè)地址用于輸出一個(gè)送到數(shù)-模轉(zhuǎn)換器58的延時(shí)字。存儲器56可由控制計(jì)算機(jī)10通過總線16裝入適當(dāng)?shù)挠糜诓煌疃鹊难訒r(shí)字，當(dāng)然這一連接在圖3中未示出。數(shù)-模轉(zhuǎn)換器58產(chǎn)生一個(gè)0-9伏的模擬電壓，它通過八個(gè)可編程延時(shí)發(fā)生器60-64控制陣列換能器20的波束焦點(diǎn)。紐約的Institute of Technology生產(chǎn)一種優(yōu)選的九元件陣列換能器可供選應(yīng)，它可在焦點(diǎn)上產(chǎn)生直徑一毫米的聚焦波束。延時(shí)發(fā)生器60-64中每一個(gè)包括適當(dāng)?shù)难訒r(shí)電路以產(chǎn)生適當(dāng)延時(shí)用于在被探測材料內(nèi)聚焦。延時(shí)的實(shí)現(xiàn)可通過在標(biāo)準(zhǔn)的單觸發(fā)電路中采用可變電壓的電容器來完成。當(dāng)?shù)矫恳粨Q能器元件的脈沖被延時(shí)了作為數(shù)-模轉(zhuǎn)換器58輸出電壓的一個(gè)函數(shù)的適當(dāng)值時(shí)，隨著電壓從九伏變到一伏焦點(diǎn)在材料內(nèi)從靠近表面向深部移動。對于優(yōu)選的九元件換能器，每一元件做為電壓的函數(shù)的典型延時(shí)值在以下的換能器延時(shí)表中示出
換能器延時(shí)表放射 換能器元件電壓 1 2 3 4 6 7 8 9時(shí)間延遲(微秒)1 0.00 0.14 0.28 0.42 0.70 0.86 0.99 1.142 0.00 0.11 0.22 0.33 0.56 0.65 0.77 0.883 0.00 0.08 0.15 0.22 0.37 0.44 0.53 0.604 0.00 0.04 0.08 0.11 0.18 0.22 0.26 0.305 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.006 0.00 -0.04 -0.06 -0.09 -0.16 -0.19 -0.22 -0.277 0.00 -0.06 -0.11 -0.17 -0.30 -0.36 -0.42 -0.498 0.00 -0.07 -0.16 -0.23 -0.42 -0.52 -0.60 -0.699 0.00 -0.09 -0.19 -0.30 -0.53 -0.65 -0.76 -0.87元件5沒有延時(shí)值，其原因?qū)⒃谝韵抡f明。一個(gè)九伏的模擬電壓將使波束在靠近材料表面聚焦，一個(gè)五伏的電壓將使焦點(diǎn)處于由換能器20的透鏡唯一確定的焦點(diǎn)值上(幾何焦點(diǎn))，而一伏的模擬信號將使換能器在材料內(nèi)超過幾何焦點(diǎn)的最大深度聚焦，幾何焦點(diǎn)是在所有元件同相位發(fā)射時(shí)獲得的焦點(diǎn)，這是上表中五伏的情況。有時(shí)希望對換能器元件以不同組合送入脈沖。圖3的電路有能力通過門66-70的作用控制哪些元件接受脈沖，一個(gè)來自數(shù)據(jù)和控制總線30的同步信號通過每一延時(shí)發(fā)生器以特定延時(shí)傳輸。門或開關(guān)66-70的選擇由來自模擬多路轉(zhuǎn)接器32經(jīng)數(shù)據(jù)和控制總線傳輸?shù)囊粋€(gè)脈沖代碼控制。所采用的特定代碼，或說應(yīng)接受脈沖的元件取決于特定超聲探傷的細(xì)節(jié)。然而，通常情況是向元件5之外的所有元件發(fā)送脈沖。
對應(yīng)于可編程延時(shí)發(fā)生器1-4和6-9的門的輸出通過高電壓脈沖單元72-74傳輸?shù)疥嚵袚Q能器20中的適當(dāng)元件76-78。陣列換能器20中的中間的或叫第五元件80被用作返回信號接收換能器并連接到模擬多路轉(zhuǎn)接器32上，這將在以下說明。第五延時(shí)發(fā)生器62通過它的門68和高電壓脈沖單元82觸發(fā)測距換能器22。來自測距換能器22的返回信號輸入信號放大器84放大然后送到模擬多路轉(zhuǎn)接器32，該返回信號表明被探測材料的表面。
圖4的模擬多路轉(zhuǎn)接器32通過控制總線30從定時(shí)控制單元26接收通道代碼。該通道代碼被送往一個(gè)衰減控制存儲器86由其產(chǎn)生一個(gè)衰減控制字，該字的一部分被送往解碼器88。衰減控制字還包括一個(gè)脈沖控制字，如前所述，它被送到脈沖控制單元28，以控制陣列換能器20中哪個(gè)換能器元件接收一個(gè)高壓脈沖，還有一個(gè)接收控制位，它被送到輸入放大器和信號多路轉(zhuǎn)換器92。衰減控制存儲器86是由控制計(jì)算機(jī)10通過總線16裝入負(fù)載。由陣列換能器第五元件80接收的返回探測回波由一個(gè)掃描頭前置放大器90放大以產(chǎn)生一個(gè)差分信號送往輸入放大器和信號多路轉(zhuǎn)換單元92。單元92的模擬多路轉(zhuǎn)換部分根據(jù)接收的控制位或者選擇來自陣列換能器第五單元80的信號，或者選擇來自測距換能器22的信號。單元92的放大部分包括一個(gè)降低線噪音的差分放大器。選定的信號被送往一個(gè)可編程衰減器94，它是由解碼器88根據(jù)衰減控制存儲器86產(chǎn)生的衰減控制字來控制?？删幊趟p器94根據(jù)解碼器88的輸出利用模擬門選擇一個(gè)衰減路徑，其中該路徑以4dB的增量劃分為八步。當(dāng)探測系統(tǒng)在靠近被探測材料的表面尋找裂隙時(shí)要求進(jìn)行衰減，它隨深度而減小。必要的衰減取決于定標(biāo)過程中的試驗(yàn)，它是使返回信號從一個(gè)參考反射值到達(dá)一個(gè)特定的范圍所必須的量，該范圍一般是在數(shù)字轉(zhuǎn)換器34的輸入端測量為0.4伏。衰減的信號被送往一個(gè)固定增益放大器96，然后到一個(gè)半波整流器98。與標(biāo)準(zhǔn)的超聲信號處理技術(shù)相一致，該半波整流器98將正弦返回信號轉(zhuǎn)換為一個(gè)只包括正值的整流信號。然后整流信號經(jīng)總線30被送到數(shù)字轉(zhuǎn)換器34。為了分析回波信號的更精細(xì)的特征，返回信號可通過一個(gè)控制信號經(jīng)總線16直接繞過整流器不整流，然而這一連接在圖4中并未示出。整流信號由一個(gè)可從TRW公司獲得的數(shù)字轉(zhuǎn)換電路100(圖5)連續(xù)地?cái)?shù)字化，該電路根據(jù)由時(shí)鐘102產(chǎn)生的一個(gè)20MHz時(shí)鐘信號每秒轉(zhuǎn)換2千萬個(gè)數(shù)字采樣。時(shí)鐘102通過分配器106和延時(shí)單元108控制一個(gè)采樣鎖存器104，當(dāng)鎖存器104已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，它將數(shù)字化的值通過控制和數(shù)據(jù)總線30送往裂隙門36-42。裂隙門36-42由產(chǎn)生一個(gè)寫入脈沖的一次觸發(fā)器110觸發(fā)以裝入最新的采樣值。
當(dāng)定時(shí)控制單元26輸出一個(gè)數(shù)據(jù)窗口信號44-3、同時(shí)輸出一個(gè)同圖6的裂隙門中通道鎖存器112產(chǎn)生的通道代碼相匹配的通道代碼時(shí)，比較器114產(chǎn)生一個(gè)寫使能信號，該信號觸發(fā)波形存儲單元116，使其接收與數(shù)字轉(zhuǎn)換器34產(chǎn)生的寫信號同步的來自數(shù)字轉(zhuǎn)換器34的最新數(shù)字化采樣值。只要數(shù)據(jù)窗口信號44-3是邏輯狀態(tài)1并且由定時(shí)控制單元26產(chǎn)生的通道代碼選擇這一特定的裂隙門，波形存儲單元116就繼續(xù)存儲數(shù)字化的采樣值。這就是說，由通道代碼指定的特定裂隙門的相應(yīng)數(shù)據(jù)窗口期間內(nèi)，波形存儲單元116積極地存儲一個(gè)返回信號波形，CPU120最好是一個(gè)可從Zilog獲得的Z80微處理器，并且能夠?qū)φ找粋€(gè)10微秒寬，幅值以0.1微秒的臺階限定的閾值曲線分析大約20毫秒內(nèi)以大約0.05微秒采樣的一個(gè)10微秒的波形。存儲數(shù)據(jù)樣本的窗口期間可以按0.1微秒的臺階調(diào)整。如果要求更高的處理速度，應(yīng)當(dāng)用一個(gè)適當(dāng)?shù)馗咚俚奶幚砥鞔鎆80微處理器。
在窗口開放期間內(nèi)的某一時(shí)刻，最好是在開始或結(jié)尾，由CPU120將解算器24產(chǎn)生的位置信號從位置鎖存器118傳遞到存儲器122。存儲器122包括一個(gè)可編程只讀存儲器部分，它包含用于CPU120的控制程序。存儲器122還包括RAM可變區(qū)域，用于存儲將存入通道鎖存器112的值(如通道代碼)以及來自位置鎖存器118的位置值。存儲器122還存儲由測距換能器在材料表面不同位置取得的樣本中產(chǎn)生的傳遞時(shí)間補(bǔ)償值的測距曲線。每一測距位置上的測距曲線值被用于調(diào)整同樣存儲在存儲器122中的一個(gè)閾值曲線與存儲在波形存儲單元116中的返回信號波形之間進(jìn)行比較的起始點(diǎn)。由CPU120將存儲在波形存儲器116中的返回信號波形與存儲器122中的閾值波形相比較，每次比較一個(gè)樣本，其中一個(gè)閾值點(diǎn)用于同兩個(gè)信號波形點(diǎn)相比較。返回信號波形超過閾值波形的上升交叉時(shí)間，峰值時(shí)間，峰值時(shí)間處的幅值，以及下降交叉時(shí)間被存入存儲器122作為反射體顯示。
一旦完成了一個(gè)完整的掃描，或當(dāng)存儲器122的顯示部分已存滿，CPU120將在經(jīng)總線16從控制計(jì)算機(jī)接收到一個(gè)總線請求信號時(shí)解除對裂隙門地址總線124和數(shù)據(jù)總線126的控制。當(dāng)總線124和126已解控時(shí)，CPU120向控制計(jì)算機(jī)10發(fā)回一個(gè)總線解控通知信號。然后控制計(jì)算機(jī)10通過地址計(jì)數(shù)器128通知存儲器122并通過緩存器130讀出位置和顯示數(shù)據(jù)，然后控制計(jì)算機(jī)10處理反射顯示和位置數(shù)據(jù)以確定裂隙的定位。
圖7示出波形存儲單元116的部件。在每一掃描周期開始時(shí)，CPU120將地址計(jì)數(shù)器132重置為波形存儲器134中的第一個(gè)位置并啟動存儲器134接受數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)字轉(zhuǎn)換器34已將一個(gè)采樣位置于數(shù)據(jù)和控制總線30上時(shí)，它向波形存儲器134送出一個(gè)寫或裝入信號，然后存儲器存入最新的數(shù)字值。如果裂隙門的窗口打開了，比較器114產(chǎn)生一個(gè)寫使能信號，它打開門136。當(dāng)波形存儲器134通過門136接收到寫信號，波形存儲器134在由地址計(jì)數(shù)器132指定的地址存入數(shù)字化的返回信號樣本。地址計(jì)數(shù)器132將寫脈沖延時(shí)然后用于在下一個(gè)數(shù)字化返回信號樣本之前對波形存儲器134的存儲定位地址增值。當(dāng)用于下一個(gè)特定裂隙門的窗口已經(jīng)結(jié)束時(shí)，CPU120將波形存儲器134從一個(gè)輸入方式改變到一個(gè)輸出方式，并將地址計(jì)數(shù)器132重置為存儲器134的起始點(diǎn)。然后CPU120將地址計(jì)數(shù)器132增值以讀出返回信號波形并進(jìn)行閾值比較，這將在以下討論。存儲器134應(yīng)將掃描數(shù)據(jù)保持至少50微秒，這樣如果希望的話可進(jìn)行低分辯率的高速掃描，并能以20MHZ的速率裝入負(fù)載。
圖8采用連續(xù)曲線示出閾值比較過程，該曲線代表閾值曲線138的離散一微秒樣本點(diǎn)和信號波形140的0.05微秒的樣本點(diǎn)。閾值曲線138是從裂隙門樣本窗口的起點(diǎn)t起始移位3一個(gè)表面時(shí)間t表面。表面時(shí)間是由測距換能器22產(chǎn)生的測距曲線獲得。通過從波形存儲器134中讀出數(shù)據(jù)樣本并舍棄該樣本直至完成了補(bǔ)償調(diào)整從而完成這一移位。一旦完成了表面時(shí)間補(bǔ)償，每一個(gè)返回信號數(shù)據(jù)樣本即與適當(dāng)對應(yīng)的閾值相比較，將一個(gè)閾值點(diǎn)用于兩個(gè)信號數(shù)據(jù)樣本。當(dāng)返回波形的值首次等于或超過對應(yīng)的閾值時(shí)(例如在點(diǎn)142)，存儲上升交叉時(shí)間t升。該交叉時(shí)間是從上升交叉時(shí)間樣本的地址與表面時(shí)間樣本的地址之間的差值計(jì)算出來的，其中每一個(gè)存儲位置對應(yīng)于0.05微秒。當(dāng)達(dá)到超出的峰值時(shí)(例如在點(diǎn)144)，存儲幅值A(chǔ)和峰值時(shí)間t峰。此外，當(dāng)超出閾值的波形返回交叉到閾值曲線138以下時(shí)，存儲下降交叉時(shí)間t降(例如在點(diǎn)146)。時(shí)間t升t峰和t降與峰值時(shí)間處理出的絕對幅值A(chǔ)一起構(gòu)成一個(gè)反射顯示。有可能將一個(gè)窗口內(nèi)發(fā)生的所有顯示都存起來，然而，在優(yōu)選實(shí)施方案中只有最大幅值的超出顯示148和最多10個(gè)附加的超出顯示的按照操作者的決定存儲起來。圖8中可見，回波信號中的某些峰值并未超過閾值，因此未當(dāng)做顯示來存儲。
通過將超聲脈沖在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊的已知深度(傳遞時(shí)間)和已知最小尺寸的反射體上反射回來，并記錄從每一已知深度的反射體上返回信號的最大幅值，從而獲得閾值曲線138。最大幅值信號相對于時(shí)間描點(diǎn)即產(chǎn)生閾值曲線，這就是說，閾值曲線是對一個(gè)特定深度/時(shí)間窗口的距離比幅值的校正曲線。
由圖6所示每一裂隙門的CPU120執(zhí)行的程序由圖9A-9C示出。圖中未示出由主控制計(jì)算機(jī)10執(zhí)行的程序，該主控制計(jì)算機(jī)啟動或叫開啟裂隙門。在由裂隙門處理之前，主控計(jì)算機(jī)10在啟動程序中通過按前面討論過的方式獲得對地址總線124和數(shù)據(jù)總線126的控制向存儲器122的可變部分中裝入以下可變信息通道數(shù)，它選擇裂隙門應(yīng)當(dāng)記錄樣本的時(shí)間窗口;峰值數(shù)N，它表明除了最大的幅值標(biāo)記外返回信號波形超過閾值曲線的突起數(shù)目，該數(shù)目應(yīng)存儲起來以便送往控制計(jì)算機(jī)10;閾值曲線的長度，它控制著顯示過程所必須的比較的數(shù)目;閾值曲線數(shù)值;一個(gè)16位的位置掩碼，它掩蔽掉數(shù)據(jù)和控制總線上不用的位置，以便用于來自解算器24的14位解算器位置;一個(gè)任選的16位起始位置掩碼，它可在必要時(shí)用于根據(jù)換能器的近似周邊位置觸發(fā)裂隙門;還有一個(gè)測距曲線，它最好包括256個(gè)值，用于360°的周圍掃描，由此提供分辨力為1.4°的測距時(shí)間校正，盡管系統(tǒng)的角分辨力是0.02°。
在程序開始處(圖9A)，通過檢查存儲器122以確定其中是否保留了一個(gè)來自控制計(jì)算機(jī)10的進(jìn)行數(shù)字化的指令，做出一個(gè)判斷152，它是關(guān)于裂隙門是否應(yīng)當(dāng)處于一個(gè)數(shù)字化方式154。在數(shù)字化方式中裂隙門僅從波形存儲器134中采樣并在存儲器122中存儲樣本，但不用閾值波形對其進(jìn)行處理，由此而允許控制計(jì)算機(jī)檢索實(shí)際的幅值信號。該數(shù)字化方式被用于(例如)按照操作者的愿望為了建檔的目的而記錄來自定標(biāo)反射體或裂隙的實(shí)際幅值信號。
如果在存儲器122的可變部分中未保留數(shù)字化方式的指令，裂隙門處理器120在步驟156向控制計(jì)算機(jī)10發(fā)出一個(gè)狀態(tài)字，表面裂隙門是在裂隙門方式中運(yùn)行。然后在160由處理器從存儲器122的可變部分獲得起始位置和起始位置的掩碼，并在162開始起始位置(角度)與由解算器產(chǎn)生并存在位置鎖存器118中的位置相比較。如果不希望在任選的起始位置上開始，那么位置掩碼應(yīng)當(dāng)全部為零。
達(dá)到起始位置時(shí)，在164從存儲器122讀出通道代碼，并在166將其存入通道鎖存器112，以允許在來自定時(shí)控制單元26的通道代碼與鎖存器112的內(nèi)容相匹配時(shí)啟動波形存儲器116。然后處理單元120監(jiān)視著比較器114的輸出，它表明窗口被打開和隨后關(guān)閉的時(shí)間，標(biāo)志著已存儲了一個(gè)波形。當(dāng)一個(gè)波形已經(jīng)存儲在波形存儲單元116中時(shí)，在170(圖9B)終止了存儲單元116中的寫入狀態(tài)。然后，在172讀出解算器的位置并存入存儲器122的部分中，由此傳輸?shù)娇刂朴?jì)算機(jī)10并表明換能器20目前的位置或角度，從中獲得顯示。在174當(dāng)存儲地址重置后，檢索出由測距曲線對目前位置的時(shí)間校正，并在176讀出并舍棄來自波形存儲器116的偽值，直至返回樣本波形被移位到進(jìn)行閾值比較的適當(dāng)起始位置上。
隨后，在178，CPU120按前述方式通過將波形與閾值曲線136相比較并提取超值信息以獲得顯示，以此來處理返回信號波形。如果在180發(fā)現(xiàn)峰值，在182與以前的解算器位置進(jìn)行比較，這樣當(dāng)位置未變化時(shí)可以避免反射體顯示的雙重存儲。然而，如果最大峰值的幅值增加了，即使換能器位置未改變，以前的最大峰值和以前的位置一起在186(圖9c)被更新，并且以前的一組顯示被現(xiàn)在的代替。
如果通過檢查溢出標(biāo)志在188確定以前未發(fā)生存儲器溢出，在190峰值數(shù)據(jù)被傳輸?shù)酱鎯ζ?22中可由控制計(jì)算機(jī)10進(jìn)入的部分。如果已有一個(gè)存儲器溢出，這就是說，存儲反射顯示的可用存儲器存滿，在194設(shè)立存儲器122中的溢出標(biāo)志。溢出標(biāo)志允許控制計(jì)算機(jī)10決定已經(jīng)發(fā)生了溢出并立即檢查反射體顯示數(shù)據(jù)，如果愿意可從存儲器122中記錄的最后的位置開始重新掃描。一旦所有數(shù)據(jù)已處理完，裂隙門通過返回164而重復(fù)該程序，從存儲器122中取得通道代碼，在166將通道代碼存入鎖存器，并在168監(jiān)視比較器114的輸出直至寫入一個(gè)波形。
圖10和11表明控制計(jì)算機(jī)10如何利用超過閾值的最大峰值的每一顯示的峰值時(shí)間來獲得該顯示的深度并改變其角度。圖10的時(shí)間比深度曲線可在定標(biāo)過程中用已知位置的反射體來產(chǎn)生，或從被檢材料中的已知聲速計(jì)算出來。因?yàn)轱@示相對于深度的實(shí)際角度是以一個(gè)非線性的方式不同于換能器的角度位置，這是由于波束的幾何路線造成，所以用圖10的曲線從峰值時(shí)間確定的深度再用于圖11的曲線中以獲得一個(gè)角度變化，它能校正換能器的角度(位置)和波束在材料中的折射角度，以精確指出顯示的確切角度。圖11的深度比角度的變化曲線還可在定標(biāo)過程中確定，或從被測材料中已知的聲傳輸特性中計(jì)算出來。在實(shí)踐中，圖10和11的曲線是由定標(biāo)過程中確定從波束幾何路徑導(dǎo)出的等式來代替。校正角被附加在一個(gè)固定的補(bǔ)償角上，該補(bǔ)償角是從一個(gè)參考位置的補(bǔ)償，以獲得一個(gè)調(diào)整的或參考的顯示角度。深度和調(diào)整了的裂隙角度限定了該顯示沿?fù)Q能器軸向(Z)位置的定位。然后，可用深度、角度和軸向位置在已知的顯示系統(tǒng)上示出裂隙顯示，它允許被探傷物體的圖象與檢測到的顯示一起出現(xiàn)在幾個(gè)不同畫面上以看出裂隙的位置和大小。
至此的討論已經(jīng)僅通過舉例的方式描述了特定的特征，并且假定對于一個(gè)在特定深度聚焦的單波束脈沖的反射是在與深度對應(yīng)的傳遞時(shí)間窗口期間內(nèi)處理的。這導(dǎo)致在確定裂隙位置時(shí)的不精確，因?yàn)槌藥缀谓裹c(diǎn)的深度外波束并不完全在各種深度上聚焦。由于陣列換能器能以最高的波束精度在任何希望的深度聚焦，為了更高的精確度，有可能將波束在一個(gè)特定深度/時(shí)間窗口的中央處聚焦并僅打開這個(gè)窗口進(jìn)行裂隙處理。其它脈沖可對其它的深度/時(shí)間窗口產(chǎn)生并聚焦。于是，這些窗口可根據(jù)裂隙定位所希望的分辨力而定為任意的大小。如果波形存儲單元中的地址計(jì)數(shù)器132可裝入一個(gè)地址補(bǔ)償，它補(bǔ)償測距變化而不是簡單地將計(jì)數(shù)器增值來產(chǎn)生補(bǔ)償，則可實(shí)現(xiàn)對比較處理速度的改進(jìn)。如果用一個(gè)很高速的處理器代替選用的Z80，還有可能隨著數(shù)據(jù)的到達(dá)將返回信號波形點(diǎn)與一個(gè)補(bǔ)償閾值相比較。這一很高速的處理器必須具備至少幾倍于20MHz數(shù)據(jù)速率的指令周期時(shí)間。另一改進(jìn)是使裂隙門36-42可在控制和數(shù)據(jù)總線30上得到另外的測試參數(shù)，如一天的溫度和時(shí)間，并且由裂隙門同換能器位置一起或在此之外讀入并存儲這些附加參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)超聲信號處理系統(tǒng)，包括一個(gè)控制處理器(10)；一個(gè)定時(shí)控制單元(26)，它與上述控制處理器(10)連接并產(chǎn)生包括窗口信號的定時(shí)控制信號；一個(gè)脈沖控制單元(28)，它與上述定時(shí)控制單元(26)相連并受其控制；一個(gè)探測換能器(20)，它與上述脈沖控制單元(28)相連并受其控制，并產(chǎn)生一個(gè)接收信號；一個(gè)解算器(24)，它與上述探測換能器(20)連接并產(chǎn)生上述探測換能器(20)的位置信號；一個(gè)模擬多路轉(zhuǎn)接器(32)，它與上述定時(shí)控制單元(26)和探測換能器(22)相連，并根據(jù)窗口信號衰減接收信號；和一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器(34)，它與上述模擬多路轉(zhuǎn)接器(32)相連并將衰減的接收信號數(shù)字化，其特征在于多個(gè)裂隙門(36-42)，它們與上述數(shù)字轉(zhuǎn)換器(34)、定時(shí)控制單元(26)、和解算器(24)相連，每一裂隙門根據(jù)一個(gè)窗口信號通過將一個(gè)閾值的波形根據(jù)一個(gè)測距補(bǔ)償進(jìn)行移位來存儲和處理數(shù)字化的衰減接收信號，并將存儲的數(shù)字化衰減接收信號與移位的閾值波形相比較并在數(shù)字化的接收信號超過閾值波形時(shí)產(chǎn)生裂隙顯示，上述控制處理器(10)在上述探測換能器(20)的一次掃描結(jié)尾時(shí)檢查裂隙顯示和相應(yīng)的位置，并從該位置和裂隙顯示確定裂隙定位。
2.一種用探傷換能器和測距換能器確定一個(gè)被測材料中裂隙顯示的方法，包括以下步驟在一個(gè)位置上從測距換能器獲得材料的一個(gè)測距補(bǔ)償(174);啟動探傷換能器在該位置產(chǎn)生一個(gè)探測信號(166);在一個(gè)采樣窗口中對返回的探測信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字返回信號的樣本波形(168)，其特征在于用測距補(bǔ)償將一個(gè)數(shù)字返回信號樣本波形移位(176);將一個(gè)閾值的波形與移位的返回信號樣本波形相比較(178);存儲移位的返回信號樣本波形超過閾值波形的突出部分的高峰幅值的和峰值時(shí)間(178);在不同位置重復(fù)步驟(b)-(f);和將高峰幅值，峰值時(shí)間和位置傳送給一個(gè)裂隙位置確定裝置。
專利摘要
所公開的是一個(gè)超聲信號處理系統(tǒng)，包括多個(gè)裂隙門，用于處理來自探測換能器的信號。該裂隙門成對運(yùn)行，其中每一對裂隙門用于一個(gè)時(shí)間窗口，這對應(yīng)于(例如)裂隙門深度或換能器的角度，用于一對裂隙門的時(shí)間窗口由定時(shí)控制單元產(chǎn)生的一個(gè)通道代碼來指明。每對中的一個(gè)裂隙門處理一次掃描中到來的數(shù)字化換能器信號以產(chǎn)生反射體顯示，而每對中的另一個(gè)門將以前在不同位置掃描的數(shù)據(jù)送給一個(gè)主計(jì)算機(jī)。
文檔編號G01N29/22GK87104401SQ87104401
公開日1988年4月27日 申請日期1987年6月25日
發(fā)明者勞倫斯D·諾丁漢, 湯馬斯E·米歇爾, 詹尼弗·E·米歇爾 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan