專利名稱：一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，該裝置尤其適用于檢測混凝土、巖石等非金屬介質(zhì)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的超聲波信號采集裝置主要包括信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲器，以及由分立器件構(gòu)成的控制電路。分立器件的集成度和功能密度比較低，因此其構(gòu)成的超聲波采集裝置的工作頻率有限，采集速度受到限制。而在需要多通道采集的場合，數(shù)據(jù)吞吐量隨通道數(shù)量的增加而成比例增加，分立器件構(gòu)成的采集裝置因此就無法勝任。受到裝置的采集速度，體積，以及功耗的限制，傳統(tǒng)超聲波信號采集裝置的通道擴(kuò)展能力差。
超聲波檢測裝置根據(jù)超聲波換能器的高度來決定是否發(fā)射和采集超聲波，而且是每隔一定的高度就發(fā)射和采集一次。也就是說超聲波換能器的高度信息的判斷是裝置工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在現(xiàn)有的檢測裝置中，高度信息的判斷、超聲波采集和超聲波處理三個部分以串行方式工作，這極大地增加了一次檢測的時(shí)間，限制了檢測速度。市場上現(xiàn)有檢測裝置都只有一到兩個通道，在需要多個通道并行采集的場合，現(xiàn)有裝置無法滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，該裝置具有容易擴(kuò)展、數(shù)據(jù)采集速度快、體積小和系統(tǒng)功耗低的特點(diǎn)。
本發(fā)明提供一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，包括單通道超聲波采集單元A，其特征在于，該裝置還包括晶體振蕩器1、光電編碼器2、數(shù)據(jù)采集控制器3和n-1個單通道超聲波采集單元B、...、N，n為通道數(shù)量。
晶體振蕩器1用于產(chǎn)生振蕩信號，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器3；光電編碼器2分別與n個單通道超聲波采集單元A、B、...、N相連，在單通道超聲波采集單元A、B、...、N的帶動下產(chǎn)生脈沖，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器3；數(shù)據(jù)采集控制器3接收晶體振蕩器1輸出的振蕩信號和光電編碼器2輸出的脈沖信號，對振蕩信號分頻和脈沖計(jì)數(shù)，產(chǎn)生控制信號，傳送給單通道超聲波采集單元A、B、...、N；單通道超聲波采集單元A、B、...、N接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，開始采集工作。
單通道超聲波采集單元包括超聲波換能器電源4，發(fā)射超聲波換能器5，接收超聲波換能器6，可編程增益放大電路7，信號調(diào)理電路8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器9，多端口存儲器10。
超聲波換能器電源4接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，產(chǎn)生高壓窄脈沖，傳送給發(fā)射超聲波換能器5；發(fā)射超聲波換能器5接收超聲波換能器電源4輸出的高壓窄脈沖，產(chǎn)生超聲波，超聲波經(jīng)過待檢測非金屬介質(zhì)11后，傳送給接收超聲波換能器6；接收超聲波換能器6接收發(fā)射超聲波換能器5輸出的并經(jīng)過待檢測非金屬介質(zhì)11的超聲波，傳送給可編程增益放大器7；可編程增益放大器7接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號和超聲波換能器6輸出的超聲波，根據(jù)控制信號對超聲波進(jìn)行放大，將放大信號傳送給信號調(diào)理電路8；信號調(diào)理電路8接收可編程增益放大器7輸出的放大信號，將其轉(zhuǎn)換為差分信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器9；模數(shù)轉(zhuǎn)換器9接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號和信號調(diào)理電路8輸出的差分信號，根據(jù)控制信號對差分信號進(jìn)行取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給多端口存儲器10；
多端口存儲器10接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，根據(jù)控制信號進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?br> 數(shù)據(jù)采集控制器3包括脈沖計(jì)數(shù)模塊31、高度比較模塊32、激勵信號產(chǎn)生模塊33、增益選擇模塊34、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35和讀寫控制模塊36。
脈沖計(jì)數(shù)模塊31接收光電編碼器2輸出的脈沖，通過對脈沖進(jìn)計(jì)數(shù)獲得發(fā)射超聲波換能器5的高度信息，傳送給高度比較模塊32；高度比較模塊32接收脈沖計(jì)數(shù)模塊31輸出的高度信息，產(chǎn)生啟動指令，傳送給激勵信號產(chǎn)生模塊33、增益選擇模塊34、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35和讀寫控制模塊36；激勵信號產(chǎn)生模塊33接收高度比較模塊32輸出的啟動指令，向超聲波換能器電源4輸出激勵信號；增益選擇模塊34接收高度比較模塊32輸出的啟動指令，向可編程增益放大器7輸出增益選擇信號；轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35接收高度比較模塊32輸出的啟動指令和晶體振蕩器1輸出的振蕩信號，對振蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器9；讀寫控制模塊36接收高度比較模塊32輸出的啟動指令，向多端口存儲器10輸出讀寫控制信號。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、以數(shù)據(jù)采集控制器控制完成超聲波信號的采集，由于其集成度高、功耗低、擴(kuò)展能力強(qiáng)，可以方便擴(kuò)展成多通道并行采集，提高設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量。
2、由于數(shù)據(jù)采集控制器集成度高，一個芯片就可以代替很多個分立數(shù)字邏輯器件，簡化設(shè)計(jì)、縮小體積和降低成本的同時(shí)，也給生產(chǎn)和推廣帶來方便。
3、數(shù)據(jù)采集控制器有保密功能，防止電路盜版，加強(qiáng)版權(quán)保護(hù)。
4、數(shù)據(jù)采集控制器還可以對光電編碼器輸出的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而得到檢測到的超聲波的高度信息，并且能夠自動調(diào)整高度比較閾值，實(shí)現(xiàn)高度信息的判讀和比較，控制超聲波的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)由采集裝置主動采集超聲波。
5、采集裝置能夠自動控制完成超聲波信號的發(fā)射和采集，從而實(shí)現(xiàn)超聲波數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置能夠以流水線模式工作，提高數(shù)據(jù)吞吐量，不僅做到多通道并行采集，而且提高檢測效率。


圖1為本發(fā)明多通道超聲波采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為數(shù)據(jù)采集控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，本發(fā)明多通道超聲波數(shù)據(jù)采集裝置包括晶體振蕩器1、光電編碼器2、數(shù)據(jù)采集控制器3和n個單通道超聲波采集單元A、B、...、N，n為通道數(shù)量，n值受到可編程邏輯器內(nèi)部邏輯資源的限制，邏輯資源越多，通道數(shù)量可以越多，通常為2-8。
晶體振蕩器1產(chǎn)生振蕩信號，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器3作為工作時(shí)鐘信號。
光電編碼器2與分別與n個單通道超聲波采集單元A、B、...、N相連，在單通道超聲波采集單元A、B、...、N的帶動下產(chǎn)生脈沖，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器3。
數(shù)據(jù)采集控制器3接收光電編碼器2輸出的脈沖，通過對脈沖計(jì)數(shù)獲得單通道超聲波采集單元A、B、...、N的高度信息，根據(jù)高度信息向n個單通道超聲波采集單元A、B、...、N發(fā)出控制信號。
單通道超聲波采集單元A、B、...、N包括超聲波換能器電源4A、4B、...、4N，發(fā)射超聲波換能器5A、5B、...、5N，接收超聲波換能器6A、6B、...、6N，可編程增益放大電路7A、7B、...、7N，信號調(diào)理電路8A、8B、...、8N，模數(shù)轉(zhuǎn)換器9A、9B、...、9N，多端口存儲器10A、10B、...、10N。為表述方便，下文中將上述各部件分別統(tǒng)稱為超聲波換能器電源4，發(fā)射超聲波換能器5，接收超聲波換能器6，可編程增益放大電路7，信號調(diào)理電路8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器9，多端口存儲器10。此外，將待檢測的非金屬介質(zhì)11A、11B、...、11N統(tǒng)稱為待檢測非金屬介質(zhì)11。
超聲波換能器電源4接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，產(chǎn)生高壓窄脈沖，傳送給發(fā)射超聲波換能器5。高壓窄脈沖是幅值達(dá)幾百伏特，持續(xù)時(shí)間在幾十微秒的電壓信號。
超聲波換能器是柱狀徑向振動的壓電陶瓷換能器。每個超聲波采集單元有兩個超聲波換能器一個為發(fā)射超聲波換能器5，用于發(fā)射超聲波；另一個為接收超聲波換能器6，用于接收超聲波。發(fā)射超聲波換能器5與光電編碼器2相連接，向光電編碼器2提供滑輪旋轉(zhuǎn)動能，使得光電編碼器2產(chǎn)生脈沖。發(fā)射超聲波換能器5通過待檢測非金屬介質(zhì)11與接收超聲波換能器6相連。發(fā)射超聲波換能器5發(fā)射出的超聲波，經(jīng)過待檢測的非金屬介質(zhì)11，傳送到接收超聲波換能器6。接收超聲波換能器6接收到超聲波后，將其傳送到可編程增益放大器7。
可編程增益放大電路7根據(jù)數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，對超聲波換能器6輸出的超聲波信號進(jìn)行放大。放大器采用儀表放大器，以達(dá)到高速、高精度、低失真放大。儀表放大器和普通的放大器不同，第一，不需要外接電阻器等器件，而且利用內(nèi)部隔離輸入和輸出的電阻反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成閉環(huán)增益控制；第二，儀表放大器只對輸入端之間的差模電壓進(jìn)行放大，而普通的放大器對輸入端的共模電壓、差模電壓都同樣進(jìn)行放大。而噪聲，通常表現(xiàn)為共模形式出現(xiàn)在放大器的輸入端。在強(qiáng)噪聲背景下，微弱的超聲波信號甚至被噪聲淹沒，為此需要很高共模抑制比的儀表放大器對混有噪聲等干擾信號的原始超聲波信號進(jìn)行提取和放大。儀表放大器除了具有較高的共模抑制比外，還有低失調(diào)電壓、電流，低噪聲、高壓擺率、高輸入阻抗和寬帶寬等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于測量儀器、儀表、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，正適合超聲波檢測裝置。
信號調(diào)理電路8接收可編程增益放大電路7輸出的放大信號，轉(zhuǎn)換為差分信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器9。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器9接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號和信號調(diào)理電路8輸出的差分信號，根據(jù)控制信號對差分信號進(jìn)行取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給多端口存儲器10。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器9為超聲波信號的數(shù)字化存儲和管理奠定基礎(chǔ)。采集裝置的采集對象是微弱超聲波，其幅度在毫伏數(shù)量級，為了提高數(shù)字化的精度，需要高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。超聲波采集裝置在進(jìn)行檢測時(shí)，是突發(fā)采集一定量的數(shù)據(jù)，這就要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有快速的轉(zhuǎn)換速度。為了提高設(shè)備的通用性，適合于不同的工作場合，要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器能對不同頻率的超聲波信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。綜合以上考慮，管道類型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用其內(nèi)部不同轉(zhuǎn)換級別之間的管道提高轉(zhuǎn)換速度和精度，可以滿足設(shè)備的要求。
多端口存儲器10接收數(shù)據(jù)采集控制器3輸出的控制信號，根據(jù)控制信號，執(zhí)行讀或?qū)懖僮?，即接收模?shù)轉(zhuǎn)換器9輸出的數(shù)字信號或者輸出已經(jīng)存儲的數(shù)字信號至外部的數(shù)據(jù)處理裝置。
高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在幾十納秒之內(nèi)就可以完成一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，而且數(shù)據(jù)處理裝置一般工作在幾百兆赫茲。如果沒有多端口存儲器作為兩者橋梁，也就意味著數(shù)據(jù)處理裝置每運(yùn)行幾個指令就要去讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，這極大影響數(shù)據(jù)處理裝置的性能，甚至無法正常工作。為此需要存儲器來暫存模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在一次連續(xù)的轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，通知數(shù)據(jù)處理裝置來讀取數(shù)據(jù)，或者由其主動讀取。多端口存儲器和單端口存儲器一樣，只有一個存儲體用于存儲數(shù)據(jù)，但是多端口存儲器有多個獨(dú)立讀寫端口。比如，先進(jìn)先出存儲器有兩個端口，一個專門用于寫數(shù)據(jù)，另一個端口只能順序地將寫入的數(shù)據(jù)讀出；雙端口隨機(jī)存儲器，有著兩個獨(dú)立的讀寫端口。為了提高設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量，多端口存儲器采取分區(qū)存儲的方式，在第一個分區(qū)寫滿之后，在數(shù)據(jù)處理器將第一個分區(qū)數(shù)據(jù)讀取完畢之前，可以往第二個分區(qū)寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，這樣就可以做到數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理以流水線的方式工作，相互之間存在制約，但又不影響設(shè)備的性能。對于先進(jìn)先出存儲器，可以設(shè)置半滿標(biāo)志，將存儲器分為兩個區(qū)域。而雙端口隨機(jī)存儲器采用地址分段的方式，可以劃分為任意段空間，每一段空間大小正好和一次連續(xù)采集的數(shù)據(jù)量相同，這樣就可以做到不浪費(fèi)存儲器資源，也不影響設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量和性能。
如圖2所示，數(shù)據(jù)采集控制器3是本發(fā)明的核心，是采用復(fù)雜可編程邏輯器CPLD(Complex Programmable Logic Device)來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)采集控制器3包括脈沖計(jì)數(shù)模塊31、高度比較模塊32、激勵信號產(chǎn)生模塊33、增益選擇模塊34、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35和讀寫模塊36。
脈沖計(jì)數(shù)模塊31接收光電編碼器2輸出的脈沖，通過對脈沖計(jì)數(shù)，得到發(fā)射超聲波換能器5的高度信息，將高度信息傳送給高度比較模塊32。
高度比較模塊32接收到脈沖計(jì)數(shù)模塊31輸出的高度信息后，自動調(diào)整比較閾值，將閾值與高度信息進(jìn)行比較，如果比較結(jié)果符合檢測要求，則向激勵信號產(chǎn)生模塊33、增益選擇模塊34、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35和讀寫控制模塊36輸出啟動指令。
激勵信號產(chǎn)生模塊33接收到高度比較模塊32輸出的啟動指令后，向超聲波換能器電源4輸出激勵信號。
增益選擇模塊34接收到高度比較模塊32輸出的啟動指令后，向可編程增益放大器7輸出增益選擇信號。
轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊35接收到高度比較模塊32輸出的啟動指令和晶體振蕩器1輸出的振蕩信號后，按照數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)置的采樣頻率，對振蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器9。晶體振蕩器1的諧振頻率需要大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器9的最大工作轉(zhuǎn)換頻率。
讀寫控制模塊36接收到高度比較模塊32輸出的啟動指令后，產(chǎn)生讀寫控制信號，傳送給多端口存儲器10。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器9完成一次轉(zhuǎn)換后，多端口存儲器10進(jìn)行寫操作；當(dāng)外部數(shù)據(jù)處理裝置讀取采集裝置的數(shù)據(jù)時(shí)，多端口存儲器10進(jìn)行讀操作。
以上各個模塊可采用VHDL或者Verilog等硬件描述語言編寫可編程邏輯器的編程代碼，通過對復(fù)雜可編程邏輯器進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。
利用復(fù)雜可編程邏輯器的集成度和功能密度大、易于擴(kuò)展、編程靈活的特點(diǎn)，運(yùn)用可重構(gòu)技術(shù)，對可編程邏輯器進(jìn)行編程，可以控制完成多通道超聲波信號的采集。
下面以四通道超聲波采集裝置來具體描述如何完成超聲波信號的采集。
四通道超聲波信號采集裝置，包含晶體振蕩器1、光電編碼器2、數(shù)據(jù)采集控制器3和四個單通道超聲波采集單元A、B、C、D。光電編碼器2采用深圳霍斯特有限公司生產(chǎn)的型號為FMA-A/8G05L1024BM的光電編碼器，每轉(zhuǎn)動一圈，輸出1024個脈沖。
可編程增益放大器7由兩個儀表放大器組成，第一級儀表放大器采用美國模擬器件公司的AD8251，第二集儀表放大器采用美國德州儀器公司的PGA202。AD8251根據(jù)增益的選擇，可放大1倍、2倍、4倍和8倍。而PGA202可以放大1倍、10倍、100倍和1000倍，這樣兩級儀表放大器最大就能夠放大8000倍。利用儀表放大器低噪聲、低增益誤差等優(yōu)點(diǎn)對輸入不同幅度，不同頻率的超聲波信號進(jìn)行放大。信號調(diào)理電路8是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動電路，用于將放大電路輸出的單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號。芯片采用美國模擬器件公司的AD8138，其高輸入阻抗可以將放大電路輸出信號轉(zhuǎn)化為差分信號傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用差分信號可以提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器9的信噪比和降低諧波失真，從而降低模數(shù)轉(zhuǎn)換誤差，提高設(shè)備的檢測精確度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器9采用美國德州儀器生產(chǎn)的ADS802，這是一款管道型，最高轉(zhuǎn)換頻率達(dá)20兆赫茲，最低轉(zhuǎn)換頻率是10千赫茲，12比特的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，分辨率達(dá)0.97656毫伏。多端口存儲器10采用IDT公司的先進(jìn)先出存儲器IDT72V263，該芯片可以實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的獨(dú)立操作，在將模數(shù)轉(zhuǎn)換器9的轉(zhuǎn)換結(jié)果寫入的同時(shí)，還可以在輸出端口讀取數(shù)據(jù)。而且可以設(shè)置滿的標(biāo)志，當(dāng)芯片內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)量達(dá)到設(shè)置的大小之后，輸出一個滿標(biāo)志。這樣就可以做到數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理以流水線方式工作，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，數(shù)據(jù)處理裝置也可以讀取采集的結(jié)果；當(dāng)出現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)沒有空間存儲時(shí)可以主動通知數(shù)據(jù)處理裝置來讀取數(shù)據(jù)，給后續(xù)的采集騰出足夠的空間。
數(shù)據(jù)采集控制器3采用Altera公司的CPLD芯片EPM2210，利用QuantusII軟件對Verilog代碼進(jìn)行編譯生成編程文件對可編程邏輯器進(jìn)行編程，完成設(shè)定的功能。數(shù)據(jù)采集控制器3外接20MHz的晶體振蕩器1。數(shù)據(jù)采集控制器3根據(jù)外部數(shù)據(jù)處理裝置設(shè)定的參數(shù)，對光電編碼器2輸出的脈沖計(jì)數(shù)，得到發(fā)射超聲波換能器5的高度信息。對高度信息進(jìn)行判斷，如果高度合適，則產(chǎn)生超聲波換能器電源4的激勵信號，控制發(fā)射超聲波換能器5產(chǎn)生超聲波；超聲波經(jīng)過非金屬檢測介質(zhì)11后，傳送到接收超聲波換能器6。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集控制器3開始設(shè)置可編程增益放大器7的增益，產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器9的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，在轉(zhuǎn)換結(jié)果出來之后，控制將轉(zhuǎn)換結(jié)果按先后順序存儲到多端口存儲器10中。當(dāng)多端口存儲器10中有數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)處理裝置可以按順序?qū)?shù)據(jù)讀走。當(dāng)多端口存儲器10中數(shù)據(jù)量已經(jīng)達(dá)到設(shè)置的容量時(shí)，輸出滿標(biāo)志，以中斷方式和數(shù)據(jù)處理裝置通信，保證及時(shí)將存儲器中的數(shù)據(jù)讀走。設(shè)置的容量大小只要能滿足下一次采集所需的空間即可。這樣在“滿”了之后，采集裝置仍然可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而提高設(shè)備的數(shù)據(jù)吞吐量。為了提高檢測速度，在完成一次檢測之后，數(shù)據(jù)采集控制器3立即進(jìn)行高度判斷。數(shù)據(jù)采集控制器3對每一次采集的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一旦達(dá)到設(shè)置的采集長度，就自動轉(zhuǎn)入高度判斷，從而縮短在一次采集花費(fèi)的時(shí)間。而數(shù)據(jù)處理裝置從多端口存儲器10中讀取采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的處理，如果還沒有進(jìn)行采集則等待；如果讀取的數(shù)據(jù)處理完畢后則主動到存儲器再讀取數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，如果出現(xiàn)先進(jìn)先出存儲器的“滿”中斷，則立即將存儲器中數(shù)據(jù)讀走，保證接下來的采集有足夠的存儲空間。本發(fā)明提出的這種將高度判斷由數(shù)據(jù)采集裝置完成，使得數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置以流水線方式工作的方法。如此一來，設(shè)備就能夠及時(shí)響應(yīng)外部輸入的高度信息的變化，減少在一個高度點(diǎn)檢測的時(shí)間，從而大大提高檢測裝置的檢測速度和效率。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，包括單通道超聲波采集單元(A)，其特征在于，該裝置還包括晶體振蕩器(1)、光電編碼器(2)、數(shù)據(jù)采集控制器(3)和n-1個單通道超聲波采集單元(B)、...、(N)，n為通道數(shù)量；晶體振蕩器(1)用于產(chǎn)生振蕩信號，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器(3)；光電編碼器(2)分別與n個單通道超聲波采集單元(A)、(B)、...、(N)相連，在單通道超聲波采集單元(A)、(B)、...、(N)的帶動下產(chǎn)生脈沖，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器(3)；數(shù)據(jù)采集控制器(3)接收晶體振蕩器(1)輸出的振蕩信號和光電編碼器(2)輸出的脈沖信號，對振蕩信號分頻和脈沖計(jì)數(shù)，產(chǎn)生控制信號，傳送給單通道超聲波采集單元(A)、(B)、...、(N)；單通道超聲波采集單元(A)、(B)、...、(N)接收數(shù)據(jù)采集控制器(3)輸出的控制信號，開始采集工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，其特征在于，所述的單通道超聲波采集單元包括超聲波換能器電源(4)，發(fā)射超聲波換能器(5)，接收超聲波換能器(6)，可編程增益放大電路(7)，信號調(diào)理電路(8)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(9)，多端口存儲器(10)；超聲波換能器電源(4)接收數(shù)據(jù)采集控制器(3)輸出的控制信號，產(chǎn)生高壓窄脈沖，傳送給發(fā)射超聲波換能器(5)；發(fā)射超聲波換能器(5)接收超聲波換能器電源(4)輸出的高壓窄脈沖，產(chǎn)生超聲波，超聲波經(jīng)過待檢測非金屬介質(zhì)(11)后，傳送給接收超聲波換能器(6)；接收超聲波換能器(6)接收發(fā)射超聲波換能器(5)輸出的并經(jīng)過待檢測非金屬介質(zhì)(11)的超聲波，傳送給可編程增益放大器(7)；可編程增益放大器(7)接收數(shù)據(jù)采集控制器(3)輸出的控制信號和超聲波換能器(6)輸出的超聲波，根據(jù)控制信號對超聲波進(jìn)行放大，將放大信號傳送給信號調(diào)理電路(8)；信號調(diào)理電路(8)接收可編程增益放大器(7)輸出的放大信號，將其轉(zhuǎn)換為差分信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(9)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(9)接收數(shù)據(jù)采集控制器(3)輸出的控制信號和信號調(diào)理電路(8)輸出的差分信號，根據(jù)控制信號對差分信號進(jìn)行取樣、量化和編碼，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳送給多端口存儲器(10)；多端口存儲器(10)接收數(shù)據(jù)采集控制器(3)輸出的控制信號，根據(jù)控制信號進(jìn)行讀或?qū)懖僮鳌?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集控制器(3)包括脈沖計(jì)數(shù)模塊(31)、高度比較模塊(32)、激勵信號產(chǎn)生模塊(33)、增益選擇模塊(34)、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊(35)和讀寫控制模塊(36)；其中，脈沖計(jì)數(shù)模塊(31)接收光電編碼器(2)輸出的脈沖，通過對脈沖進(jìn)計(jì)數(shù)獲得發(fā)射超聲波換能器(5)的高度信息，傳送給高度比較模塊(32)；高度比較模塊(32)接收脈沖計(jì)數(shù)模塊(31)輸出的高度信息，產(chǎn)生啟動指令，傳送給激勵信號產(chǎn)生模塊(33)、增益選擇模塊(34)、轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊(35)和讀寫控制模塊(36)；激勵信號產(chǎn)生模塊(33)接收高度比較模塊(32)輸出的啟動指令，向超聲波換能器電源(4)輸出激勵信號；增益選擇模塊(34)接收高度比較模塊(32)輸出的啟動指令，向可編程增益放大器(7)輸出增益選擇信號；轉(zhuǎn)換時(shí)鐘模塊(35)接收高度比較模塊(32)輸出的啟動指令和晶體振蕩器(1)輸出的振蕩信號，對振蕩信號進(jìn)行分頻，產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號，傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器(9)；讀寫控制模塊(36)接收高度比較模塊(32)輸出的啟動指令，向多端口存儲器(10)輸出讀寫控制信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于檢測非金屬介質(zhì)的多通道超聲波采集裝置，包括晶體振蕩器、光電編碼器、數(shù)據(jù)采集控制器和n個單通道超聲波采集單元。晶體振蕩器用于產(chǎn)生振蕩信號，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器；光電編碼器分別與n個單通道超聲波采集單元相連，在單通道超聲波采集單元的帶動下產(chǎn)生脈沖，傳送給數(shù)據(jù)采集控制器；數(shù)據(jù)采集控制器接收晶體振蕩器輸出的振蕩信號和光電編碼器輸出的脈沖信號，對振蕩信號分頻和脈沖計(jì)數(shù)，產(chǎn)生控制信號，傳送給單通道超聲波采集單元；單通道超聲波采集單元接收數(shù)據(jù)采集控制器輸出的控制信號，開始采集工作。本發(fā)明具有容易擴(kuò)展、數(shù)據(jù)采集速度快、體積小和系統(tǒng)功耗低的特點(diǎn)。
文檔編號G01N29/04GK101067618SQ20071005242
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者劉玉, 陳建武, 陳少明, 石小兵, 李長林, 朱傳聰 申請人:華中科技大學(xué)