本發(fā)明涉及電磁超聲無損檢測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)場存在眾多需要在線快速檢測的在役、在制金屬設(shè)備。例如，壓力容器、高溫管道、高速鐵軌等需要定期在役檢測以維護(hù)設(shè)備的正常使用；鋼板或鋼管在生產(chǎn)過程中，需要對其加工質(zhì)量進(jìn)行在線檢測以保證母材的質(zhì)量。相對于壓電超聲檢測技術(shù)，由于電磁超聲檢測技術(shù)的非接觸、無需打磨表面、不需要耦合劑的特點，使得它更適合對金屬設(shè)備進(jìn)行在役、在線檢測。

目前電磁超聲檢測儀器采用單端激勵、單端接收方式工作，激勵端發(fā)射、接收端接收信號能量均較低，所述儀器隔著防銹漆對常用金屬材料設(shè)備進(jìn)行檢測時，檢測深度有限，導(dǎo)致現(xiàn)場應(yīng)用時許多位置無法得到有效檢測；對聲速高衰減材料、電‐磁‐聲能量轉(zhuǎn)換效率低材料(如奧氏體不銹鋼)、高溫下聲速衰減大材料進(jìn)行檢測時，無法得到有效檢測信號；對高速鐵軌、鋼板或鋼管生產(chǎn)線等需要在線快速檢測的場合，需要多次平均以消除干擾噪聲，導(dǎo)致檢測速度較慢，無法滿足快速在線檢測的需求。

針對上述的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器，以至少解決現(xiàn)有電磁超聲檢測技術(shù)中激勵端發(fā)射、接收端接收信號能量均較低的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器，包括：第一激勵波形發(fā)射電路，與差分式電磁超聲傳感器的正端相連，與所述差分式電磁超聲傳感器的公共端相連，與可編程asic器件相連；第二激勵波形發(fā)射電路，與所述差分式電磁超聲傳感器的負(fù)端相連，與所述差分式電磁超聲傳感器的公共端相連，與所述可編程asic器件相連；接收電路配置電路，與所述可編程asic器件相連，與接收信號調(diào)理電路相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，與所述可編程asic器件相連，與所述接收信號調(diào)理電路相連；接收波形存儲電路，與所述可編程asic器件相連；通訊接口電路，與所述可編程asic器件相連；接收信號調(diào)理電路，與所述接收電路配置電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述差分式電磁超聲傳感器均相連；可編程asic器件，與所述第一激勵波形發(fā)射電路、所述第二激勵波形發(fā)射電路、所述接收電路配置電路、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述接收波形存儲電路、所述通訊接口電路均相連。

進(jìn)一步地，所述第一激勵波形發(fā)射電路包括：四路高速隔離電路，與所述可編程asic器件相連。

進(jìn)一步地，所述第一激勵波形發(fā)射電路包括：四路電壓電流放大電路，與所述四路高速隔離電路相連。

進(jìn)一步地，所述第一激勵波形發(fā)射電路包括：第一全橋高壓大電流開關(guān)電路，與所述差分式電磁超聲傳感器的正端、所述差分式電磁超聲傳感器的公共端、所述四路電壓電流放大電路均相連。

進(jìn)一步地，所述接收信號調(diào)理電路包括：雙路限幅電路，與所述差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端、負(fù)端均相連，與雙路三極管放大電路相連；雙路三極管放大電路，與所述雙路限幅電路相連，與差分單端轉(zhuǎn)換電路相連；差分單端轉(zhuǎn)換電路，與所述雙路三極管放大電路相連，與帶通濾波電路相連。

進(jìn)一步地，所述接收信號調(diào)理電路包括：帶通濾波電路，與所述差分單端轉(zhuǎn)換電路相連，與第一級程控放大電路相連；第一級程控放大電路，與所述帶通濾波電路相連，與第二級程控放大電路相連；第二級程控放大電路，與低通濾波電路相連，與所述第一級程控放大電路相連。

進(jìn)一步地，所述接收信號調(diào)理電路包括：低通濾波電路，與所述第二級程控放大電路相連，與單端/差分轉(zhuǎn)換電路相連；單端/差分轉(zhuǎn)換電路，與所述低通濾波電路相連，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連。

進(jìn)一步地，所述接收信號調(diào)理電路還包括：第一輸出鉗位電路，與所述差分單端轉(zhuǎn)換電路并聯(lián)；第二輸出鉗位電路，與所述第一級程控放大電路并聯(lián)；第三輸出鉗位電路，與所述第二級程控放大電路并聯(lián)。

進(jìn)一步地，所述接收電路配置電路包括：截止頻率選擇電路，與所述帶通濾波電路相連，與所述可編程asic器件相連；第一路d/a轉(zhuǎn)換電路，與所述第一級程控放大電路相連，與所述可編程asic器件相連；第二路d/a轉(zhuǎn)換電路，與所述第二級程控放大電路相連，與所述可編程asic器件相連。

根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方面，還提供了一種基于脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的檢測方法，包括：可編程asic器件接收通訊接口電路輸入的第一參數(shù)，其中，所述第一參數(shù)至少包括：激勵頻率、周期數(shù)參數(shù)、截止頻率、增益參數(shù)、采樣頻率；所述可編程asic器件根據(jù)所述截止頻率和所述增益參數(shù)控制接收電路配置帶通濾波截止頻率和設(shè)置第一、二路d/a轉(zhuǎn)換電路輸出電壓；所述可編程asic器件根據(jù)所述激勵頻率、所述周期數(shù)參數(shù)控制第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，所述兩路極性相反的高壓激勵信號分別加載在差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端、負(fù)端、公共端；所述可編程asic器件控制接收信號調(diào)理電路接收所述差分式電磁超聲傳感器發(fā)出的信號，并進(jìn)行處理；所述可編程asic器件控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對接收信號調(diào)理電路處理后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其同步存入接收波形存儲電路。

在本發(fā)明實施例中，可編程asic器件接收通訊接口電路輸入的激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)；可編程asic器件根據(jù)截止頻率和增益控制接收電路配置帶通濾波截止頻率和設(shè)置第一、二路d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓；可編程asic器件根據(jù)激勵頻率、周期數(shù)控制第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，兩路極性相反的高壓激勵信號分別加載在差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端、負(fù)端、公共端；可編程asic器件控制接收信號調(diào)理電路接收差分式電磁超聲傳感器發(fā)出的信號，并進(jìn)行處理；可編程asic器件控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對接收信號調(diào)理電路處理后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其同步存入接收波形存儲電路，再將波形數(shù)據(jù)點依次讀出后經(jīng)通訊接口電路輸出。采用差分結(jié)構(gòu)作為激勵信號輸出級，從而將加載在電磁超聲傳感器上的激勵電壓成倍增加，使得激發(fā)出的超聲波能量更大，采用差分結(jié)構(gòu)作為接收信號輸入級，使得進(jìn)入接收信號調(diào)理電路的微弱回波信號幅值成倍增加，達(dá)到了提高電磁超聲無損檢測中激勵、接收能量的技術(shù)效果，進(jìn)而解決了現(xiàn)有電磁超聲檢測技術(shù)中激勵端發(fā)射、接收端接收信號能量均較低的技術(shù)問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種基于脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的檢測方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的示意圖，如圖1所示，該脈沖式差分電磁超聲檢測儀器包括：第一激勵波形發(fā)射電路10、第二激勵波形發(fā)射電路20、接收電路配置電路30、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40、接收波形存儲電路50、通訊接口電路60、接收信號調(diào)理電路70、可編程asic器件80。

第一激勵波形發(fā)射電路10，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字1表示的端口與差分式電磁超聲傳感器90的正端相連，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字2表示的端口與差分式電磁超聲傳感器90的公共端相連，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字3表示的端口與可編程asic器件80相連。

第二激勵波形發(fā)射電路20，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字1表示的端口與差分式電磁超聲傳感器90的負(fù)端相連，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字2表示的端口與差分式電磁超聲傳感器90的公共端相連，通過圖1用阿拉伯?dāng)?shù)字3表示的端口與可編程asic器件80相連。

接收電路配置電路30，與可編程asic器件80相連，與接收信號調(diào)理電路70相連。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40，與可編程asic器件80相連，與接收信號調(diào)理電路70相連。

接收波形存儲電路50，與可編程asic器件80相連。

通訊接口電路60，與可編程asic器件80相連。

接收信號調(diào)理電路70，與接收電路配置電路30、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40、差分式電磁超聲傳感器90均相連。

可編程asic器件80，與第一激勵波形發(fā)射電路10、第二激勵波形發(fā)射電路20、接收電路配置電路30、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40、接收波形存儲電路50、通訊接口電路60均相連。

作為主控電路的可編程asic器件80可為fpga或cpld。

接收波形存儲電路50可為高速sdram或sram。

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路40可以是高速高精度a/d電路。

通訊接口電路60可以是usb2.0或usb3.0接口電路。

在本發(fā)明實施例中，可編程asic器件接收通訊接口電路輸入的激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)；可編程asic器件根據(jù)截止頻率和增益控制接收電路配置帶通濾波截止頻率和設(shè)置第一、二路d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓；可編程asic器件根據(jù)激勵頻率、周期數(shù)控制第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，兩路極性相反的高壓激勵信號分別加載在差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端、負(fù)端、公共端；可編程asic器件控制接收信號調(diào)理電路接收差分式電磁超聲傳感器發(fā)出的信號，并進(jìn)行處理；可編程asic器件控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對接收信號調(diào)理電路處理后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其同步存入接收波形存儲電路，再將波形數(shù)據(jù)點依次讀出后經(jīng)通訊接口電路輸出。采用差分結(jié)構(gòu)作為激勵信號輸出級，從而將加載在差分電磁超聲傳感器上的激勵電壓成倍增加，使得激發(fā)出的超聲波能量更大，采用差分結(jié)構(gòu)作為接收信號輸入級，使得進(jìn)入接收信號調(diào)理電路的微弱回波信號幅值成倍增加，進(jìn)而解決了現(xiàn)有電磁超聲檢測技術(shù)中激勵端發(fā)射、接收端接收信號能量均較低的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器，可以很容易的衍生出測厚儀、探傷儀等功能，因此，使用類似結(jié)構(gòu)的測厚儀、探傷儀都應(yīng)落入本申請的保護(hù)范圍。

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的示意圖。下面對圖2中的器件進(jìn)行詳細(xì)說明。

作為主控電路的可編程asic器件：可為fpga或cpld；接收波形存儲電路：可為高速sdram或sram；兩路激勵波形發(fā)射電路：各包含四路高速隔離電路、四路電壓電流放大電路、全橋高壓大電流開關(guān)電路；接收信號調(diào)理電路：包含雙路限幅電路、雙路三極管放大電路、單端差分轉(zhuǎn)換電路、帶通濾波電路、第一級程控放大電路、第二級程控放大電路、低通濾波電路、差分單端轉(zhuǎn)換電路及第一、二、三輸出鉗位電路(分別是圖2中的輸出鉗位電路1、輸出鉗位電路2、輸出鉗位電路3)；接收電路配置電路：截止頻率選擇電路、第一路d/a轉(zhuǎn)換電路、第二路d/a轉(zhuǎn)換電路；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：高速高精度a/d電路；通訊電路：usb3.0接口電路。

fpga接收通訊接口輸入的激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)，依據(jù)截止頻率值控制截止頻率選擇電路中帶通濾波電路的截止頻率，依據(jù)增益值分別設(shè)定第1路d/a轉(zhuǎn)換電路(第一路d/a轉(zhuǎn)換電路)、第2路d/a轉(zhuǎn)換電路(第二路d/a轉(zhuǎn)換電路)的輸出電壓，以控制第一級程控放大電路、第二級程控放大電路的放大倍數(shù)。

fpga依據(jù)激勵頻率、周期數(shù)分別控制兩路激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，分別加載在差分電磁超聲傳感器的正、公共端，負(fù)端、公共端，為差分電磁超聲傳感器提供兩倍于單端檢測儀器輸出電壓的高壓激勵信號。

同時，fpga控制高速高精度a/d電路依據(jù)采樣頻率設(shè)定值設(shè)定的采樣頻率開始對接收信號調(diào)理電路處理后的接收信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其依次存入接收波形存儲電路，再將波形數(shù)據(jù)點依次讀出后經(jīng)通訊接口電路輸出。

此時，完成一次激勵、接收，即一次檢測。

下面對可編程asic器件、兩路激勵波形發(fā)射電路、接收信號調(diào)理電路、接收電路配置電路的結(jié)構(gòu)和作用進(jìn)行詳細(xì)說明。

可編程asic器件：

可編程asic器件接收通訊接口輸入的激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)，將各參數(shù)存入fpga中對應(yīng)的激勵頻率寄存器、周期數(shù)寄存器、截止頻率寄存器、增益寄存器、采用頻率寄存器。

依據(jù)截止頻率值控制截止頻率選擇電路中帶通濾波電路的截止頻率，依據(jù)增益值分別設(shè)定第1路d/a轉(zhuǎn)換電路、第2路d/a轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓。

在激勵波形發(fā)射時，依據(jù)激勵頻率、周期數(shù)輸出8個有限周期方波信號以控制2路激勵波形發(fā)射電路，這8個信號分為2組，每組為兩個極性相同的有限周期方波信號、另兩個與之極性相反的有限周期方波信號。

fpga發(fā)射8個有限周期方波信號時，2路激勵波形發(fā)射電路的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)控制過程：對于第1路激勵波形發(fā)射電路(第一激勵波形發(fā)射電路)的控制，端口1、3輸出兩個極性相同的有限周期方波信號，分別控制全橋高壓大電流開關(guān)電路1的左臂高端開關(guān)及右臂低端開關(guān)的通斷，同時，端口2、4輸出兩個極性與端口1、3相反的有限周期方波信號控制全橋高壓大電流開關(guān)電路1的左臂低端開關(guān)及右臂高端開關(guān)的通斷。在每周期的前半個周期，左臂高端開關(guān)、右臂低端開關(guān)同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，左臂低端開關(guān)、右臂高端開關(guān)同時處于截止?fàn)顟B(tài)；反之，在每周期的后半個周期，左臂高端開關(guān)、右臂低端開關(guān)同時處于截止?fàn)顟B(tài)，左臂低端開關(guān)、右臂高端開關(guān)同時處于導(dǎo)通狀態(tài)。

對于第2路激勵波形發(fā)射電路(第二激勵波形發(fā)射電路)的控制，端口1、3輸出兩個極性相同的有限周期方波信號，分別控制全橋高壓大電流開關(guān)電路2的左臂高端開關(guān)及右臂低端開關(guān)的通斷，同時，端口2、4輸出兩個極性與端口1、3相反的有限周期方波信號控制全橋高壓大電流開關(guān)電路2的左臂低端開關(guān)及右臂高端開關(guān)的通斷。在每周期的前半個周期，左臂高端開關(guān)、右臂低端開關(guān)同時處于截止?fàn)顟B(tài)，左臂低端開關(guān)、右臂高端開關(guān)同時處于導(dǎo)通狀態(tài)；反之，在每周期的后半個周期，左臂高端開關(guān)、右臂低端開關(guān)同時處于導(dǎo)通狀態(tài)，左臂低端開關(guān)、右臂高端開關(guān)同時處于截止?fàn)顟B(tài)。

在采集數(shù)據(jù)開始時，fpga控制a/d轉(zhuǎn)換器以設(shè)定的采樣頻率將接收信號處理電路處理后的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在下一個點轉(zhuǎn)換之前，能將該點的數(shù)據(jù)寫入接收波形存儲電路的某一個存儲單元，在下一個點轉(zhuǎn)換完成后，并在下下一個點轉(zhuǎn)換完成前，將下一個點的數(shù)據(jù)寫入接收波形存儲電路的某一個存儲單元的下一個單元，依次類推，直至將一次回波采集完成。

在數(shù)據(jù)傳輸時，fpga將接收波形存儲電路中的波形數(shù)據(jù)點依次讀出來，并經(jīng)通訊接口電路輸出。

兩路激勵波形發(fā)射電路：

兩路激勵波形發(fā)射電路即為上述第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路。第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路各包含四路高速隔離電路、四路電壓電流放大電路、全橋高壓大電流開關(guān)電路，其中，四路高速隔離電路分別對fpga輸入的四路數(shù)字信號進(jìn)行隔離并轉(zhuǎn)換模擬信號，四路電壓電流放大電路分別對四路模擬信號進(jìn)行電壓電流放大，提供給全橋高壓大電流開關(guān)電路的四個橋臂。注意，各橋臂的高端驅(qū)動電路需采用懸浮驅(qū)動方式。

本發(fā)明采用兩個全橋高壓大電流開關(guān)電路分別為差分傳感器的正、負(fù)端提供極性相反的高壓激勵信號，使得加載在差分電磁超聲傳感器上的激勵電壓相對于單端激勵方式增大1倍。

從增大激勵信號功率的角度，本發(fā)明采用的差分結(jié)構(gòu)作為激勵信號輸出級，提供的激勵信號功率相對于單端激勵方式增大了3倍，使得差分電磁超聲傳感器激發(fā)出的超聲波能量更大。

接收信號調(diào)理電路：

接收信號調(diào)理電路采用雙路限幅電路將差分電磁超聲傳感器上的兩路差分信號分別進(jìn)行限幅，再采用兩路三極管電路分別對其進(jìn)行前置放大，再將前置放大后的兩路差分信號分別經(jīng)單端差分轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換進(jìn)行固定倍數(shù)的放大并轉(zhuǎn)換為單端信號，帶通濾波電路濾除電路中的干擾信號，第一級程控放大電路和第二級級程控放大電路分別對濾波后的信號進(jìn)行程控放大，低通濾波電路對程控放大后的信號進(jìn)行抗混淆濾波，單端差分轉(zhuǎn)換電路將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，提供給a/d轉(zhuǎn)換器。輸出鉗位電路1(第一輸出鉗位電路)、輸出鉗位電路2(第二輸出鉗位電路)、輸出鉗位電路3(第三輸出鉗位電路)分別對輸出信號進(jìn)行鉗位，避免限幅后的高壓激勵信號對后續(xù)電路產(chǎn)生較大的沖擊，減小后續(xù)電路從飽和狀態(tài)恢復(fù)至正常放大狀態(tài)的時間。

這樣不僅可接收差分電磁超聲傳感器上的差分信號，還可從飽和狀態(tài)快速恢復(fù)以對接收信號進(jìn)行高增益放大，使得接收到回波信號幅值更大，更是避免了同時分別對兩路差分信號進(jìn)行相同倍數(shù)的放大，減少了器件的使用數(shù)量，從而降低整個接收信號調(diào)理電路產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲幅值，增大檢測信號的信噪比。

從提高接收信號幅值的角度，采用雙路限幅電路將差分電磁超聲傳感器上的兩路差分信號分別進(jìn)行限幅，再采用兩路三極管電路分別對其進(jìn)行前置放大，再將前置放大后的兩路差分信號分別進(jìn)行差分放大并轉(zhuǎn)換為單端信號，帶通濾波后再采用兩級程控放大器進(jìn)行放大，可得到信噪比更好、幅值更大的回波信號。

接收電路配置電路：

截止頻率選擇電路按fpga輸入的截止頻率選擇信號控制帶通濾波電路的截止頻率、第一路d/a轉(zhuǎn)換電路和第二路d/a轉(zhuǎn)換電路按fpga輸入的增益控制信號分別設(shè)定兩路輸出電壓。

下面對本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的連接方式和工作流程進(jìn)行說明。

(1)上位機(jī)軟件界面設(shè)置激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)；

(2)各參數(shù)經(jīng)usb接口電路傳輸給fpga，fpga解析各參數(shù)并設(shè)定帶通濾波電路的截止頻率、控制兩路d/a轉(zhuǎn)換電路輸出對應(yīng)電壓以設(shè)定兩路程控增益電路的放大倍數(shù)、設(shè)定激勵頻率寄存器、周期數(shù)寄存器、采樣頻率寄存器；

(3)fpga依據(jù)激勵頻率寄存器的設(shè)定值對輸出2組4路信號分別控制2個四路高速隔離電路，2個四路高速隔離電路分別驅(qū)動2組四路電壓電流放大電流，2組四路電壓電流放大電流分別驅(qū)動2個全橋高壓大電流開關(guān)電路，全橋高壓大電流開關(guān)電路1(第一全橋高壓大電流開關(guān)電路)的第1端接差分式電磁超聲傳感器的正端，全橋高壓大電流開關(guān)電路2的第1端接差分式電磁超聲傳感器的負(fù)端，全橋高壓大電流開關(guān)電路1第2端和全橋高壓大電流開關(guān)電路2第2端接同時接差分式電磁超聲傳感器的公共端。

全橋高壓大電流開關(guān)電路1的第1端和第2端之間形成有限周期的高壓大電流方波信號，兩路高壓大電流方波信號極性相反，周期數(shù)相同，則在差分式電磁超聲傳感器的正、負(fù)端之間形成兩倍于單端激勵電壓的有限周期高壓激勵信號。

在檢測時，該高壓大電流信號加載在差分式電磁超聲傳感器的正、負(fù)端口，并且差分式電磁超聲傳感器的公共端應(yīng)與全橋高壓大電流開關(guān)電路1和2的第2端連接，此時，可為差分式電磁超聲傳感器提供大電流激勵信號。

(4)差分式電磁超聲傳感器的正、負(fù)、公共端同時也需與雙路限幅電路連接，正端、公共端輸入一組線圈感知的超聲信號，負(fù)端、公共端輸入另一組線圈感知的超聲信號，正、負(fù)端輸入的信號極性相反，兩極性相反的信號經(jīng)雙路限幅電路進(jìn)行限幅后分別經(jīng)兩組相同的三極管放大電路進(jìn)行相同放大倍數(shù)的放大，放大后的2組極性相反的信號經(jīng)單端差分轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行差模放大并轉(zhuǎn)換為單端信號，輸出鉗位電路1(第一輸出鉗位電路)對其輸出值進(jìn)行鉗位，帶通濾波器分別濾除高頻和低頻噪聲，濾波后的信號經(jīng)第1級程控放大電路(第一級程控放大電路)按設(shè)定的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，輸出鉗位電路2(第二輸出鉗位電路)對其輸出值進(jìn)行鉗位，并經(jīng)第2級程控放大電路(第二級程控放大電路)按設(shè)定的放大倍數(shù)再次進(jìn)行放大，輸出鉗位電路3(第三輸出鉗位電路)對其輸出值進(jìn)行鉗位，放大后的信號經(jīng)低通濾波電路進(jìn)行抗混淆濾波，濾波后的信號經(jīng)單端/差分轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為差分信號，并有高速高精度a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化。

在fpga發(fā)射激勵的同時，控制高速高精度a/d轉(zhuǎn)換器以設(shè)定采樣頻率開始采集數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)存入接收波形存儲電路。

(5)在完成一組數(shù)據(jù)采集后，fpga控制usb接口電路讀取接收波形存儲電路中存儲的波形數(shù)據(jù)點，并傳給上位機(jī)。

(6)此時，完成一次檢測。

現(xiàn)有技術(shù)中電磁超聲檢測儀器存在激勵能量低、接收信號信噪比差的問題，特別是對于一些電磁超聲具有獨特應(yīng)用的場合，激勵能量不足會導(dǎo)致此項技術(shù)無法使用。

本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器采用差分驅(qū)動結(jié)構(gòu)及差分接收等結(jié)構(gòu)，提高加載在電磁超聲換能器上的激勵信號的能量，并同時增強(qiáng)從電磁超聲傳感器上獲得的接收信號的能量，從提高激勵能量的角度，本發(fā)明儀器采用差分結(jié)構(gòu)作為激勵信號輸出級，可將加載在差分電磁超聲傳感器上的激勵電壓增加1倍，使得激發(fā)出的超聲波能量更大；從提高接收信號幅值的角度，采用雙路限幅電路將差分電磁超聲傳感器上的兩路差分信號分別進(jìn)行限幅，再采用兩路三極管電路分別對其進(jìn)行前置放大，再將前置放大后的兩路差分信號分別進(jìn)行差分放大并轉(zhuǎn)換為單端信號，帶通濾波后再采用兩級程控放大器進(jìn)行放大，可得到信噪比更好、幅值更大的回波信號。

對于帶防銹漆金屬設(shè)備的在役檢測，本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器可使得檢測深度或壁厚范圍得到有效增大，才使得電磁超聲檢測技術(shù)在現(xiàn)場能得到有效應(yīng)用。

對聲速高衰減材料、電-磁-聲能量轉(zhuǎn)換效率低材料(如奧氏體不銹鋼)、高溫下聲速衰減大材料的檢測，本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器通過對激勵能量和接收能量的有效提高，才使得電磁超聲檢測技術(shù)能對其進(jìn)行有效檢測。

對于高速鐵軌、鋼板或鋼管生產(chǎn)線等需要在線快速檢測的場合，本發(fā)明實施例提供的脈沖式差分電磁超聲檢測儀器通過對激勵、接收能量的同步提高，可在不平均或少平均的前提下，快速獲得高信噪比檢測信號，使得在線快速檢測能獲得較好的檢測結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明實施例，還提供了一種基于脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的檢測方法。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種基于脈沖式差分電磁超聲檢測儀器的檢測方法的流程圖。如圖3所示，該方法包括以下步驟：

步驟s302，可編程asic器件接收通訊接口電路輸入的第一參數(shù)，其中，第一參數(shù)至少包括：激勵頻率、周期數(shù)參數(shù)、截止頻率、增益參數(shù)、采樣頻率。

步驟s304，可編程asic器件根據(jù)截止頻率和增益參數(shù)控制接收電路配置電路的截止頻率和輸出電壓。

步驟s306，可編程asic器件根據(jù)激勵頻率、周期數(shù)參數(shù)控制第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，兩路極性相反的高壓激勵信號分別加載在差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端、負(fù)端、公共端。

步驟s308，可編程asic器件控制接收信號調(diào)理電路接收差分式電磁超聲傳感器發(fā)出的信號，并進(jìn)行處理。

步驟s310，可編程asic器件控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對接收信號調(diào)理電路處理后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其同步存入接收波形存儲電路。

在本發(fā)明實施例中，可編程asic器件接收通訊接口電路輸入的激勵頻率、周期數(shù)、截止頻率、增益、采樣頻率等參數(shù)；可編程asic器件根據(jù)截止頻率和增益控制接收電路配置電路的截止頻率和輸出電壓；可編程asic器件根據(jù)激勵頻率、周期數(shù)控制第一激勵波形發(fā)射電路和第二激勵波形發(fā)射電路發(fā)出兩路極性相反的高壓激勵信號，兩路極性相反的高壓激勵信號分別加載在差分式電磁超聲傳感器的正端、公共端，負(fù)端、公共端；可編程asic器件控制接收信號調(diào)理電路接收差分式電磁超聲傳感器發(fā)出的信號，并進(jìn)行處理；可編程asic器件控制模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對接收信號調(diào)理電路處理后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將其同步存入接收波形存儲電路，再將波形數(shù)據(jù)點依次讀出后經(jīng)通訊接口電路輸出。采用差分結(jié)構(gòu)作為激勵信號輸出級，從而將加載在差分電磁超聲傳感器上的激勵電壓成倍增加，使得激發(fā)出的超聲波能量更大，采用差分結(jié)構(gòu)作為接收信號輸入級，使得進(jìn)入接收信號調(diào)理電路的微弱回波信號幅值成倍增加，進(jìn)而解決了現(xiàn)有技術(shù)電磁超聲無損檢測中激勵、接收能量低的技術(shù)問題。

在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述。

在本發(fā)明所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的技術(shù)內(nèi)容，可通過其它的方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可為個人計算機(jī)、服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：u盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。