專利名稱：一種超聲波墻體檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種墻體檢測(cè)儀，尤其是ー種超聲波墻體檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)公知的墻體檢測(cè)儀都是基于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論而設(shè)計(jì)的，交變的電流會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生交變的電磁場(chǎng)，通過(guò)電磁檢測(cè)來(lái)達(dá)到檢測(cè)墻內(nèi)金屬管道，交流電線的目的。鑒于基于電磁檢測(cè)的墻體檢測(cè)儀會(huì)向周?chē)椛涑鲆欢康碾姶挪ǎ瑢?duì)操作者造成一定的輻射，不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。此外，一般的墻體檢測(cè)儀不能很好的檢測(cè)出墻內(nèi)的非金屬和非導(dǎo)體材料的分布情況，造成檢測(cè)困難，容易造成錯(cuò)誤判斷。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供了一種超聲波墻體檢測(cè)儀。本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案一種超聲波墻體檢測(cè)儀包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置，其中所述超聲波發(fā)射裝置包括同步掃描電路、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射探頭，超聲波發(fā)射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發(fā)射電路的輸出端與發(fā)射探頭連接;所述超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、微控制器、報(bào)警器，其中，所述接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次連接，模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端與微控制器的數(shù)據(jù)輸入端連接，微處理器的高電平輸出端與報(bào)警器連接。所述超聲波墻體檢測(cè)儀中，微處理器為AT89C51芯片。所述超聲波墻體檢測(cè)儀中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD7705芯片。本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果能快速、方便地檢測(cè)出墻內(nèi)非金屬、非導(dǎo)體材料的分布情況。整個(gè)超聲波檢測(cè)儀采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊相對(duì)獨(dú)立、精度高，超聲波檢測(cè)儀的抗干擾能力強(qiáng)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的墻體探測(cè)儀。

圖I是超聲波墻體檢測(cè)儀的模塊圖。圖2是同步掃描電路的原理圖。圖3是超聲波發(fā)射電路的原理圖。圖4是由AD621構(gòu)成的前置放大模塊電路原理圖。圖5是四節(jié)八階帶通濾波器電路原理圖。圖6是由AD9631構(gòu)成的后級(jí)放大模塊的電路原理圖。圖7是由A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705與微處理器AT89C51的接ロ電路原理圖。[0018]圖8是微處理器AT89C51的管腳分布圖。圖9是LED報(bào)警指示燈電路原理圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明U1A UlI均為反相器，R1 R27均為電阻，C1 C13均為電容，D1 D3均為ニ極管，Q1、Q2均為三極管，Q3為功率開(kāi)關(guān)管，LI為電感。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如圖I所示的超聲波墻體檢測(cè)儀，包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置。超聲波發(fā)射裝置包括同步掃描電路、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射探頭，超聲波發(fā)射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發(fā)射電路的輸出端與發(fā)射探頭連接。同步掃描電路產(chǎn)生同步脈沖，同步脈沖觸發(fā)超聲波發(fā)射電路產(chǎn)生一個(gè)高壓電脈沖，高壓電脈 沖激勵(lì)超聲換能器(壓電晶片)發(fā)出超聲波，超聲波通過(guò)發(fā)射探頭發(fā)射出去，超聲波經(jīng)過(guò)耦合進(jìn)入待測(cè)腔體傳播。超聲波接收裝置包括依次連接的接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、報(bào)警器。接收探頭將接收到的待檢測(cè)墻體返回的超聲波轉(zhuǎn)化為微弱的電脈沖，微弱電脈沖經(jīng)前置放大電路放大后進(jìn)入帶通濾波電路進(jìn)行濾波、整形(小波降噪)，后級(jí)放大電路對(duì)帶通濾波模塊處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大得到有用的信號(hào)，供數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)用。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將后級(jí)放大電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，微處理器比較模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸送的數(shù)字信號(hào)的特征值和存儲(chǔ)器中預(yù)存的同頻率超聲波在均勻墻體(無(wú)墻體缺陷)中的反射信號(hào)的特征值，在特征值的差值超出范圍時(shí)發(fā)出電信號(hào)，報(bào)警器報(bào)警。同步掃描電路是用來(lái)產(chǎn)生同步脈沖和可調(diào)延時(shí)觸發(fā)脈沖的，其原理圖如圖2所示。該電路由HEF40106BP六反相器構(gòu)成，第I級(jí)由電容Cl、電阻R1、電位器R2和反相器UlA構(gòu)成多諧振蕩器，第2級(jí)由電容C2、電阻R3和反相器UlB構(gòu)成上升沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，第3級(jí)為一反相器U1C，第4級(jí)由電容C3、電阻R4和反相器UlD構(gòu)成下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路，第5級(jí)由電容C4、電位器R5、電阻R6和反相器UlE構(gòu)成下降沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)電路。如圖3所示為超聲波發(fā)射電路，發(fā)射電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的脈沖電壓去激勵(lì)超聲波傳感器(換能器)，使超聲波傳感器(換能器)發(fā)射超聲波。發(fā)射的脈沖越窄，設(shè)備的縱向分辨カ越好，而發(fā)射的峰值電壓越大，探査的靈敏度就越高。本裝置采用的是ー種新的發(fā)射電路，此電路不需要提供高的直流電源，就可以產(chǎn)生高達(dá)幾百伏的超聲探頭觸發(fā)脈沖，電路原理圖如圖3所示。電路中三極管Ql (8050)和三極管Q2 (8550)構(gòu)成ー驅(qū)動(dòng)電路。一般的中功率VMOS管會(huì)有納法級(jí)的柵電容，開(kāi)關(guān)電壓為7 10V，最大上升時(shí)間為幾十納秒。這樣在產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)VMOS管的門(mén)脈沖時(shí)，有時(shí)會(huì)高達(dá)幾安培的門(mén)電流，這超出了 TTL芯片的驅(qū)動(dòng)能力。為提高脈沖幅值需增強(qiáng)VMOS管的開(kāi)關(guān)特性，圖3中兩個(gè)雙極型三極管構(gòu)成功率放大電路，驅(qū)動(dòng)后級(jí)VMOS管Q3。超聲波發(fā)射電路以VMOS為開(kāi)關(guān)元件，采用脈沖波激勵(lì)方式，靠電感儲(chǔ)能形成觸發(fā)脈沖，不需要高電壓供電，其儲(chǔ)能僅與換路時(shí)的電感電流平方成正比。當(dāng)觸發(fā)脈沖在正脈沖期間，Q3的柵極為高電平，Q3相當(dāng)于ー個(gè)小電阻，電感LI與此電阻串聯(lián)，并和電壓源一起構(gòu)成ー回路，對(duì)電感進(jìn)行充電，電感電流上升進(jìn)行儲(chǔ)能。當(dāng)觸發(fā)脈沖在負(fù)脈沖期間，Q3的柵極為低電平，Q3快速關(guān)斷，L1、C5、R8和R9組成諧振電路快速放電，形成激勵(lì)脈沖。ニ極管D1、D2、D3起單項(xiàng)開(kāi)關(guān)的作用。電阻R7的起到分壓的作用，以便保護(hù)Q3電路中R8的作用是用來(lái)調(diào)節(jié)脈沖的幅值大小，當(dāng)増加R8的阻值時(shí)，脈沖的幅值會(huì)變大。利用軟件仿真分析，獲得相關(guān)元器件的最佳值(已標(biāo)在電路原理圖中)，以使超聲波傳感器(換能器)發(fā)射的效率最高。如圖4所示為超聲波信號(hào)接收裝置的前置放大模塊，由于聲波在不同媒質(zhì)交界面上的反射和散射以及同一媒質(zhì)傳播都會(huì)引起聲能的衰減，實(shí)際壓電晶片接收到的聲信號(hào)已經(jīng)非常微弱，現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)可能把實(shí)際聲信號(hào)淹沒(méi)。因此，要求前置放大電路不僅要有較大的輸入阻抗，高的共模抑制比，而且噪聲要低，并滿足檢測(cè)頻帶寬度。本裝置的前置放大電路使用的是儀表放大器AD621。由于儀表放大器是ー種經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理，專門(mén)設(shè)計(jì)的精密差分電壓放大器，所以它具有很多優(yōu)點(diǎn)，如共模抑制比高、非線性誤差小、輸入阻抗高、低噪聲、低失調(diào)電壓和失調(diào)電壓漂移，并帶有差動(dòng)輸入、可變?cè)鲆孑敵?。從儀表放大器的特點(diǎn)來(lái)看，非常適合對(duì)微弱的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。電阻Rll、RlO起到平衡電阻的作用，使得運(yùn)放兩個(gè)端子的電壓平衡，從而使運(yùn)放的偏置電流不會(huì)產(chǎn)生附加的失調(diào)電壓。如圖5為信號(hào)的帶通濾波模塊的電路原理圖，壓電晶片接收到的信號(hào)經(jīng)AD621放·大以后，還包含噪聲，要進(jìn)行濾波處理，以提取有用的信號(hào)。由于壓電晶片的中心頻率為500kHz，所以設(shè)計(jì)的濾波器應(yīng)為中心頻率為500kH的帶通濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)有中心頻率f0=500kHz，品質(zhì)因素Q ^ 10，放大倍數(shù)Av=I。為了獲得更好的濾波效果，采用級(jí)聯(lián)的方法實(shí)現(xiàn)高階帶通濾波器。采用查表法設(shè)計(jì)帶通濾波器，并用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后的濾波電路是由四節(jié)相同結(jié)構(gòu)的ニ階帶通濾波器采用級(jí)聯(lián)的方法構(gòu)成的高階帶通濾波器。帶通濾波器中所用的運(yùn)算放大器選用LM149，其帶寬為4MHz，可以滿足帶通濾波器的要求。電路選用精度為1%的電阻，以便方便實(shí)際電路的調(diào)試。R12、R16、R20、R24都是阻值為11. 4kΩ的電阻，R13、R17、R21、R25 都是阻值為 315 Ω 的電阻，R14、R15、R18、R19、R22、R23、R26、R27都是阻值為20k Ω的電阻，C6-C13都是容值為IOOpF的電容，反相器UlF-UlI為L(zhǎng)M149芯片。電阻R12、R13、R14、R15，電容C6、C7，反相器UlF構(gòu)成ー階濾波電路，電阻R16、R17、R18、R19，電容C8、C9，反相器UlG構(gòu)成ニ階濾波電路，電阻R20、R21、R22、R23，電容C10、C11，反相器UlH構(gòu)成三階濾波電路，電阻R24、R25、R26、R27，電容C12、C13，反相器UlI構(gòu)成四階濾波電路。如圖6所示為后級(jí)放大模塊的電路原理圖，帶通濾波器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)由AD9631組成的同相放大的接收電路處理后，就可以得到ー個(gè)有用的信號(hào)，供后續(xù)電路進(jìn)行采樣處理。如圖7所示為A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705與微處理器AT89C51的接ロ電路原理圖。AD7705是AD公司新推出的16位Σ-Λ A/ D轉(zhuǎn)換器，可用于測(cè)量低頻模擬信號(hào)。這種器件帶有增益可編程放大器，可通過(guò)軟件編程來(lái)直接測(cè)量傳感器輸出的各種微小信號(hào)。AD7705/ AD7706具有分辨率高、動(dòng)態(tài)范圍廣、自校準(zhǔn)等特點(diǎn)，因而非常適合于エ業(yè)控制、儀表測(cè)量等領(lǐng)域。其中，AD7705具有兩個(gè)全差分輸入通道，而AD7706則具有三個(gè)準(zhǔn)差分輸入通道。本實(shí)用新型是采用AD7705，因?yàn)槠渲饕哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)①具有16位無(wú)丟失代碼；②非線性度為O. 003 % ;③增益可編程，其可調(diào)整范圍為I 128 ;④輸出數(shù)據(jù)更新率可編程；⑤可進(jìn)行自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)；⑥帶有三線串行接ロ ；⑦采用3V或5V工作電壓，功耗低。AT89C51的管腳圖如圖8所示，用AT89C51與AD7705直接相連來(lái)對(duì)超聲波傳感器信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，為了能用軟件有效地控制AD7705的復(fù)位，圖7中特意把RESET與AT89C51的Pl. 2相連，這樣可以保證AD7705能可靠的復(fù)位。在應(yīng)用時(shí)，把DRDY接到AT89C51的INTl，可以使AD7705在轉(zhuǎn)換結(jié)束后使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，以讀取最新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。如圖9所示的LED報(bào)警指示燈電路原理圖。利用AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)同頻率超聲波在均勻墻體(無(wú)墻體缺陷)中的反射信號(hào)的特征值和實(shí)際接收到的信號(hào)特征值進(jìn)行 比對(duì)，當(dāng)兩種特征值的差別超出一定范圍吋，單片機(jī)給出電信號(hào)，點(diǎn)亮報(bào)警燈，以此達(dá)到檢測(cè)出墻內(nèi)管道的目的。
權(quán)利要求1.一種超聲波墻體檢測(cè)儀，其特征在于包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置，其中 所述超聲波發(fā)射裝置包括同步掃描電路、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射探頭，超聲波發(fā)射電路的輸入端與同步掃描電路的輸出端連接，超聲波發(fā)射電路的輸出端與發(fā)射探頭連接； 所述超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、微控制器、報(bào)警器，其中，所述接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次連接，模擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端與微控制器的數(shù)據(jù)輸入端連接，微處理器的高電平輸出端與報(bào)警器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波墻體檢測(cè)儀，其特征在于，所述微處理器為AT89C51芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超聲波墻體檢測(cè)儀，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD7705芯片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種墻體檢測(cè)儀，尤其是一種超聲波墻體檢測(cè)儀。所述超聲波墻體檢測(cè)儀包括超聲波發(fā)射裝置、超聲波接收裝置。超聲波發(fā)射裝置包括同步掃描電路、超聲波發(fā)射電路、發(fā)射探頭。超聲波接收裝置包括接收探頭、前置放大電路、帶通濾波電路、后級(jí)放大電路、微控制器、報(bào)警器。所述超聲波墻體監(jiān)測(cè)儀通過(guò)采集經(jīng)過(guò)墻體傳播的超聲波的特征值，并與存儲(chǔ)的超生波規(guī)定特征值比較，在采集的超聲波特征值超范圍時(shí)發(fā)出警報(bào)。所述超聲波墻體檢測(cè)儀采用模塊化設(shè)計(jì)，各模塊獨(dú)立工作，快速方便檢測(cè)出墻內(nèi)非金屬、非導(dǎo)體材料的分布情況。
文檔編號(hào)G01N29/04GK202453327SQ20122003906
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者張思俊 申請(qǐng)人:張思俊