一種基于電磁超聲的測厚方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電磁超聲的測厚方法，對比與常規(guī)壓電超聲，電磁超聲檢測可以實現(xiàn)非接觸檢測，能適應(yīng)一定的提離，對涂層，腐蝕層能實現(xiàn)檢測，且電磁超聲檢測可以很好的適應(yīng)高溫檢測環(huán)境，避免耦合需要的大量耦合劑的浪費。本發(fā)明方法通過一套嵌入式數(shù)字采集系統(tǒng)，由現(xiàn)場可編程門陣列對數(shù)字信號進行AD采樣，壓縮檢波，相關(guān)平均，緩存后交由中央處理器對數(shù)字波形信號依次進行數(shù)據(jù)相關(guān)算法、平均算法、峰值保留算法、自動增益，確定當前回波次數(shù)、小段射頻數(shù)據(jù)提取算法、過零點測厚算法、得到最終厚度結(jié)果，最終得到測算結(jié)果。本發(fā)明方法對信噪比較低的波形數(shù)據(jù)進行了數(shù)字處理，規(guī)避了調(diào)節(jié)閘門的繁瑣，無需手動操作參數(shù)，即可檢測工件，既能實時顯示波形，又能一目了然的直觀觀測到厚度檢測結(jié)果。
【專利說明】
一種基于電磁超聲的測厚方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本算法基于電磁超聲對鋼管，鋼板進行厚度檢測，有別于常規(guī)壓電超聲，對于高溫狀態(tài)，無需耦合劑的檢測環(huán)境有良好的檢測效果。本算法核心內(nèi)容主要是針對電磁超聲檢測回波的特性進行處理，得到不失真，信噪比良好的檢測回波波形，從而計算出測厚結(jié)果。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)市場及技術(shù)上常規(guī)的測厚均是以壓電超聲激發(fā)超聲波來對鋼管，鋼板等進行厚度檢測，這種測厚方式?jīng)Q定在測厚過程中必須保證探頭與工件之間一直保持良好的耦合，并且探頭的入射角度不能有大的偏移。而在在線實時檢測的過程中，我們發(fā)現(xiàn)要滿足這兩點條件，對設(shè)備機械裝置的精度和穩(wěn)定性都有較高要求，并且對周圍的環(huán)境(比如溫度)也有一定要求。而電磁超聲測厚用到的波模是一種垂直入射的橫波，這種超聲波是在工件內(nèi)部產(chǎn)生，所以當探頭的角度發(fā)生一定變化時，波的傳輸仍然是沿著工件的壁厚方向垂直入射，不會影響檢測結(jié)果的準確性;這種檢測方式探頭和工件之間不需要耦合劑來耦合，故探頭在檢測過程中發(fā)生抖動和提離時，不會產(chǎn)生檢測誤差；由于常規(guī)壓電超聲無法產(chǎn)生垂直入射的橫波，故采取的是縱波測厚方式，因橫波聲速要比縱波聲速小一倍，所以同等頻率下檢測精度要比常規(guī)壓電超聲高一倍。
[0003]但電磁超聲檢測對比相對已經(jīng)成熟的壓電超聲檢測，有靈敏度相對較低，隨機噪聲相對較多，檢測回波相對不穩(wěn)定等劣勢，本發(fā)明即針對這幾點劣勢提取直觀有效的檢測回波，計算得到測厚結(jié)果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了有效的利用電磁超聲測厚的檢測優(yōu)勢，又能解決電磁超聲檢測中峰值不穩(wěn)，隨機噪聲較高，靈敏度較低的技術(shù)困難，本發(fā)明的目的在于提供了一種有效的基于電磁超聲的測厚方法，該方法基于存儲過零點對應(yīng)水平位置的中心方案，將性噪比較低的原始波形數(shù)據(jù)經(jīng)過相應(yīng)處理后，得到精確的測厚結(jié)果。
[0005 ]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種基于電磁超聲的測厚方法，建立在一套數(shù)字采集電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，數(shù)字采集電路系統(tǒng)包括:電磁超聲探頭、模擬電路、數(shù)字采樣電路、現(xiàn)場可編程門陣列、中央處理器、USB通訊電路、LED顯示屏，電磁超聲探頭通過探頭線與模擬電路相連，模擬電路與數(shù)字采樣電路相連，現(xiàn)場可編程門陣列分別與模擬電路、數(shù)字采樣電路、中央處理器相連，中央處理器分別與USB通訊電路、LCD顯示屏相連;所述的模擬電路包含放大電路和濾波電路;其特征在于按以下步驟進行:
[0007]模擬電路接收電磁超聲探頭檢測到的微弱交變感應(yīng)信號經(jīng)過選頻放大、濾波后，經(jīng)由數(shù)字采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字波形信號;輸入到現(xiàn)場可編程門陣列，現(xiàn)場可編程門陣列與中央處理器通過數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換，由中央處理器對數(shù)字波形信號依次進行數(shù)據(jù)相關(guān)算法、平均算法、峰值保留算法，峰值保留算法得到波形的峰值，為了得到準確的測量結(jié)果，峰值必須達到一定的要求，所以增加波幅反饋功能即自動增益，自動增益是根據(jù)峰值保留算法得到的峰值計算反饋值作用于模擬電路，使峰值達到對應(yīng)要求，然后再進行確定當前回波次數(shù)、小段射頻數(shù)據(jù)提取算法、過零點測厚算法、得到最終厚度結(jié)果，通過USB通訊電路來下載中央處理器的厚度結(jié)果并打印報表，通過IXD顯示屏顯示波形。
[0008]測厚流程及計算具體步驟為:
[0009](I)測厚前必須進行聲速校準及零偏校準，依據(jù)數(shù)字采樣電路得到的射頻波形數(shù)據(jù)，現(xiàn)場可編程門陣列對射頻波形數(shù)據(jù)進行檢波壓縮后，依據(jù)峰值保留法及確定當前回波次數(shù)的無閘門求峰值記錄有效回波的峰值水平時間位置，峰值保留記為Tl，T1為現(xiàn)場可編程門陣列存儲的當前峰值對應(yīng)的射頻數(shù)據(jù)當前AD采樣的個數(shù)計數(shù)值；
[0010](2)經(jīng)由標準試塊聲速校準后記得聲速V;以Tl前1.5_為有效采樣起始位置，在聲速已知的情況下，求得所需記錄零點的射頻數(shù)據(jù)采樣起始點的水平時間位置，記為T2;同理以Tl后1.5mm作為結(jié)束位置，記為T3;
[0011](3)以T2作為采樣起點所采樣得到的為原始射頻波形數(shù)據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列采樣緩存后做流線型平均，平均得到的波形由現(xiàn)場可編程門陣列緩存后交由中央處理器處理；中央處理器記錄下正負門限值所對應(yīng)在這段波形數(shù)據(jù)中的水平位置對應(yīng)分別為T4、T5;則所需零點在這段射頻數(shù)據(jù)中所對應(yīng)的位置Τ6為(Τ4+Τ5) /2;
[0012](4)Τ6是對應(yīng)于一小段射頻數(shù)據(jù)而不是整幀數(shù)據(jù)的采樣起點，而所需零點位置對應(yīng)于整幀數(shù)據(jù)的位置為Τ2+Τ6，記為Τ7;
[0013](5)求得對應(yīng)所需零點的時間位置，但卻不能確定這是第幾個回波對應(yīng)的零點；由峰值保留法及確定當前回波次數(shù)的無閘門求峰值求得對應(yīng)Tl的峰值相鄰的峰值位置Τ7，依據(jù)TI / I T1-Τ7 I求得TI對應(yīng)的N，N為TI對應(yīng)的回波次數(shù)；
[0014](6)Τ7是指的采樣個數(shù)計數(shù)值，已知AD采樣頻率為f，聲速為V，則厚度
[0015]d=(T6*V)/2fN，測量精度為 1/f。
[0016]本算法的特點是無需使用閘門來套住波形峰值，無需手動調(diào)整波形位置，聲速校準后探頭接觸工件后2秒內(nèi)即可直觀的得到測厚結(jié)果。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的電路不意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的流程框圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)相關(guān)算法的邏輯框圖。
[0020]圖4為本發(fā)明的平均算法邏輯圖。
[0021]圖5為爭峰現(xiàn)象示意圖。
[0022]圖6為確定當前回波次數(shù)示意圖。
[0023]圖7為過零點測厚算法示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1、2所示，本發(fā)明建立在一套數(shù)字采集電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，數(shù)字采集電路系統(tǒng)包括:電磁超聲探頭、模擬電路、數(shù)字采樣電路、現(xiàn)場可編程門陣列、中央處理器、USB通訊電路、LED顯示屏，電磁超聲探頭通過探頭線與模擬電路相連，模擬電路與數(shù)字采樣電路相連，現(xiàn)場可編程門陣列分別與模擬電路、數(shù)字采樣電路、中央處理器相連，中央處理器分別與USB通訊電路、LCD顯示屏相連;所述的模擬電路包含放大電路和濾波電路;其特征在于按以下步驟進行:
[0025]模擬電路接收電磁超聲探頭檢測到的微弱交變感應(yīng)信號經(jīng)過選頻放大、濾波后，經(jīng)由數(shù)字采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字波形信號;輸入到現(xiàn)場可編程門陣列，現(xiàn)場可編程門陣列與中央處理器通過數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換，由中央處理器對數(shù)字波形信號依次進行數(shù)據(jù)相關(guān)算法、平均算法、峰值保留算法，峰值保留算法得到波形的峰值，為了得到準確的測量結(jié)果，峰值必須達到一定的要求，所以增加波幅反饋功能即自動增益，自動增益是根據(jù)峰值保留算法得到的峰值計算反饋值作用于模擬電路，使峰值達到對應(yīng)要求，然后再進行確定當前回波次數(shù)、小段射頻數(shù)據(jù)提取算法、過零點測厚算法、得到最終厚度結(jié)果，通過USB通訊電路來下載中央處理器的厚度結(jié)果并打印報表，通過IXD顯示屏顯示波形。
[0026]1.數(shù)據(jù)相關(guān)算法。
[0027]模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字波形若不經(jīng)過任何處理，交由中央處理器在液晶屏上實時顯示，數(shù)字波形的隨機噪聲很大，甚至有些時刻超過了有效檢測回波的高度，因此會對提取有效信號造成錯誤影響。
[0028]所述的數(shù)據(jù)相關(guān)算法具體步驟為:對連續(xù)存儲的幾幀數(shù)據(jù)在相同位置上對應(yīng)的數(shù)值進行對應(yīng)比較，提取每個位置上比較后的最小值，再組成一幀新的數(shù)據(jù)作為波形顯示的基本數(shù)據(jù)；由于隨機噪聲是無規(guī)律的隨機出現(xiàn)且高于標準的采樣基線值，所以經(jīng)由數(shù)據(jù)相關(guān)算法后，大部分的隨機噪聲都會被濾除掉。
[0029]圖3是數(shù)據(jù)相關(guān)算法的邏輯框圖，其中11-兩位計數(shù)器，11，12，13，14-為512\88^存儲器，Cl，C2，C3-8位小于比較器。
[0030]由圖3可知，前后4幀采樣數(shù)據(jù)，在每個時鐘采樣點進行兩兩比較，最后得到每個采樣時鐘點的最小波形數(shù)據(jù)，組成一幀新的最小波形數(shù)據(jù)，作為波形顯示的基本數(shù)據(jù)。
[0031]2.平均算法
[0032]經(jīng)過數(shù)據(jù)相關(guān)算法后的數(shù)據(jù)把大部分隨機噪聲濾除了，但波形的穩(wěn)定度并不好，峰值抖動得很厲害，為了盡量減低波形不穩(wěn)定帶來的計算錯誤，還需要將相關(guān)后的波形數(shù)據(jù)進行流線型平均。
[0033]平均算法為流線型平均算法，具體步驟為:先建立平均次數(shù)的緩存器，每一幀數(shù)據(jù)依次從前至后寫入每個緩存器，再對這些緩存器中的數(shù)據(jù)疊加后平均，并進行鎖存，如圖4。其中T1-三位計數(shù)器，Ml，M2，M3，M4，M5，M6，M7，M8-為512 X 8Bi t存儲器，AI_8輸入8位加法器。
[0034]由圖4可知，現(xiàn)場可編程門陣列內(nèi)嵌了加法器，前后8幀采樣數(shù)據(jù)相加進行鎖存，上傳給CPU，由CPU做除法，得到8次平均值，然后CPU再進行下一步計算。
[0035]流線型平均的好處是平均不會影響重復(fù)頻率，這樣對波形的顯示，算法的速度，系統(tǒng)的流暢性都有好處。平均算法后的波形數(shù)據(jù)由中央處理器的硬件底層進行存儲后進行后續(xù)處理。
[0036]3.峰值保留法
[0037]峰值保留法具體上步驟為:在任意一幀波形數(shù)據(jù)中找到峰值，記錄下該峰值水平位置，以該峰值水平位置為中心值，前后各延伸1.5mm，共3mm作為采樣區(qū)間；因為將范圍拉伸后可看到，每個回波的寬度都不會超過3mm，這樣用包含峰值的3mm作為采樣區(qū)間，則零點信號一定存在該采樣區(qū)間內(nèi)。前文提到，檢波后的波形會出現(xiàn)爭峰現(xiàn)象，會造成峰值采樣波動，見圖5，Ha和Hb會出現(xiàn)忽高忽低，造成峰值對應(yīng)的水平位置在Aa和Ab之中切換，由此采樣區(qū)間不穩(wěn)，造成結(jié)果不準確。因此在探頭接觸工件后，以出現(xiàn)的第一個峰值作為記錄點，在記錄點左右各1.5mm的3mm的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)峰值都忽略不計，在3mm外出現(xiàn)峰值才記錄，這時記錄的峰值為下一個回波的峰值。
[0038]4.確定當前回波次數(shù)
[0039]常規(guī)的測厚儀均是以雙閘門套住相鄰兩個回波的峰值來讀取峰值對應(yīng)的位置信息，而本算法涉及的峰值保留法也需要得到檢測回波的峰值，為了減少儀器的操作步驟，更快捷，更直觀的得到測厚結(jié)果，特使用了無閘門算法。
[0040]因為起始波的存在，檢測可能存在一定的盲區(qū)，盲區(qū)以外的第一個回波即為有效回波；電磁超聲檢測無需耦合劑，在不同的鋼試塊上實驗后，發(fā)現(xiàn)盲區(qū)基本不變，以盲區(qū)外靠近盲區(qū)的一點作為起始點，在其后的波形數(shù)據(jù)中求取峰值;終止點跟隨采樣終點變化而變化，類比于閘門，只是閘門起始點不變，終止點在隨動;經(jīng)過不同試塊的檢測實驗后發(fā)現(xiàn)，檢測回波與回波次數(shù)間并不一定呈線性逐漸衰弱，可能會出現(xiàn)前高后低的現(xiàn)象，因此峰值不一定在第一個回波上取得。
[0041]起始點確定后，中央處理器的依據(jù)前文所述峰值保留法在其后的波形數(shù)據(jù)中找到峰值并存儲波形高度記為Hl，峰值位置記為Al，以此峰值位置前1.5mm或后1.5mm再作為起始點，往前或往后找到第一個高度高于Hl/2(6dB)的最大點，記為A2，A2對應(yīng)的高度為H2;前文提過，由于爭峰現(xiàn)象，所以找到第一個峰值后以前或后各1.5mm作為起始點避免存儲了同一回波的另一峰值，造成結(jié)果錯誤;A2是與相鄰Al的回波峰值，為了保證A2與Al相鄰，且是有效回波，因此在Al確定，以H1/2作為基準線尋找A2時，必須保證在高于H1/2的基準線上，波形數(shù)據(jù)先要有上升趨勢，上升到定點A2后，緊隨下降趨勢，且能下降到H2/2，確保此A2為有效相鄰回波的峰值，見圖6。而在求A2的過程中，以Al峰值往前搜尋的優(yōu)先級大于以Al峰值往后搜尋的優(yōu)先級，即如往前找到A2 了，就不再往后尋找，如往前沒找到A2，再往后尋找。
[0042]求得Al、A2后，并不能確定A1、A2是對應(yīng)的第幾次回波，由于電磁超聲檢測不需耦合劑，因此波形的零偏校準只受數(shù)字采樣延時的影響，而不受檢測環(huán)境的影響。因此可由Al及IA1-A2 I來確定Al為第幾次回波。IA1-A2 |為檢測試塊大概的厚度值，只是由于爭峰而不能精確，而Al為某次檢測回波的峰值，Al-O大概為該次回波對應(yīng)的檢測距離，用(Al-O)/A1-A2 I即確定Al對應(yīng)的是第幾次回波。
[0043]5.過零點測厚算法
[0044]以往常規(guī)的測厚方法均是通過兩個有效回波的峰值來計算工件的厚度，稱之為峰值測厚法。而本應(yīng)用通過顯示波形可以看到，經(jīng)過檢波后同一位置的波形會有兩個相近峰值，且在不斷爭峰，見圖5。由于峰值不穩(wěn)如果用常規(guī)的測厚計算方法會對造成峰值位置對應(yīng)水平位置記錄的誤差，影響最終的計算結(jié)果。故擬采樣一種新的記錄零點的算法，稱之為過零點測厚法。將任一檢測回波在射頻狀態(tài)下放大來看后可看到波形形態(tài)，可以看到在某一段時間內(nèi)，波形是單調(diào)下降且一定是經(jīng)過了采樣的基線的，見圖7。當記錄下任意相鄰兩個檢測回波中第一個這樣的零點，即可類比于峰值測厚法來計算測厚結(jié)果。過零點測厚對比于峰值測厚法的優(yōu)點:峰值測厚法要求峰值在水平位置一定要穩(wěn)定，否則會造成錯誤結(jié)果，而本應(yīng)用在檢波后由于正負兩個峰值檢波后爭峰會出現(xiàn)2個峰值，為了滿足在任一檢波狀態(tài)下的波形顯示中都可以進行測厚結(jié)果的計算，顯而易見，過零點測厚算法優(yōu)于峰值測厚法。
[0045]6.小段射頻數(shù)據(jù)提取算法
[0046]經(jīng)過數(shù)據(jù)相關(guān)算法后的波形雖然濾波了大部分的隨機噪聲，但可以看到，有些需要進行記錄的檢測回波靈敏度很低，基本上和基線噪聲差不多，提高增益的同時信號和噪聲同時都在提高。由于無法分辨有效波形在什么位置，就會對過零點測厚算法造成影響。由于在數(shù)據(jù)采集的過程中，出于對檢測范圍的要求及系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的限制，大于一定檢測范圍的波形數(shù)據(jù)都是經(jīng)過壓縮而得來的，即是在當前采樣頻率下對原始射頻信號進行了規(guī)則一定的離散采樣，所以底層軟件用來處理的波形數(shù)據(jù)不能精確的定位射頻波形零點位置所在。因此，過零點測厚是基于波形數(shù)據(jù)是原始的射頻信號。
[0047]上文提到由于檢測范圍及數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量的限制，數(shù)字采集系統(tǒng)無法采集到整個檢測范圍中的所有原始射頻信號。但過零點測厚法又是建立于原始射頻信號的基礎(chǔ)上，因此，只能通過對經(jīng)過檢波后的波形數(shù)據(jù)提取其中一段包含射頻信號零點的特征數(shù)據(jù)，基于原始信號隨機噪聲較高的原因，小段射頻數(shù)據(jù)提取算法就是將采集到的射頻信號需要再經(jīng)過流線型平均后鎖存(見上述平均算法)，然后再對鎖存的這段波形數(shù)據(jù)信號進行采樣及記錄來得到零點信號。
[0048]7.存儲并計算零點對應(yīng)水平位置
[0049]平均后的一段原始射頻數(shù)據(jù)已經(jīng)得到，基于波形的對稱性，以AD采樣中心線為基準，正負都以一定的波形高度比例作為參考點，提高增益使波形的峰值大于或等于這個參考點的高度。在底層算法中，以正負這兩個參考點作為兩個門限值，以門限值內(nèi)的波形數(shù)據(jù)單調(diào)下降作為判斷依據(jù)，提取正負兩個門限值的時間位置，這兩個門限值的中間位置即為零點位置。將零點位置找到后并存儲，用來進行厚度計算(具體計算公式見下文的厚度計算詳細步驟)，見圖7。
[0050]8.自動增益
[0051]由于此算法存在正負參考值，波形數(shù)據(jù)必須達到這個基準才能有效的讀出零點位置?；诠ぜ牟煌?，波形的靈敏度是有差異的，有的時候不一定能達到正負門限值，為了減少操作，快速便捷，所以在現(xiàn)場可編程門陣列存儲波形數(shù)據(jù)前，對所有的數(shù)據(jù)進行自動增益。自動增益是指以峰值高度為判斷依據(jù)，無論當前波形數(shù)據(jù)峰值在什么位置，均都通過發(fā)碼控制，DA轉(zhuǎn)換通過控制放大器進行增益控制，來將其升至或降至設(shè)定的參考點(保證該參考點的高度大于正負門限值)，當LCD上顯示的波形峰值高度達到這一設(shè)定參考值時，自動增益停止，否則繼續(xù)。這樣就能保證能夠達到求取零點的要求，見圖7。
[0052]上文列的是幾點具體的算法步驟，下文就整個測厚流程及計算過程補充詳細步驟:
[0053]測厚前必須進行聲速校準及零偏校準，零偏是由于整個數(shù)字采集系統(tǒng)算法造成的系統(tǒng)延時，由于電磁超聲測厚不存在耦合因素，所以零偏只與系統(tǒng)的固定延時有關(guān)，而由于過零點測厚算法是基于零點的，所以零偏時也要以基于零點來校零偏。
[0054](I)依據(jù)硬件AD采樣得到的射頻波形數(shù)據(jù)，現(xiàn)場可編程門陣列對射頻波形數(shù)據(jù)進行檢波壓縮后，依據(jù)前文所述的無閘門求峰值法記錄有效回波的峰值水平時間位置，峰值保留記為T1，T1為現(xiàn)場可編程門陣列存儲的當前峰值對應(yīng)的射頻數(shù)據(jù)當前AD采樣的個數(shù)計數(shù)值；
[0055](2)經(jīng)由標準試塊聲速校準后記得聲速V;由前文所述，以Tl前1.5mm為有效采樣起始位置，在聲速已知的情況下，求得所需記錄零點的射頻數(shù)據(jù)采樣起始點的水平時間位置，記為T2;同理以Tl后1.5mm作為結(jié)束位置，記為T3 ；
[0056](3)以T2作為采樣起點所采樣得到的為原始射頻波形數(shù)據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列采樣緩存后做流線型平均，平均得到的波形由現(xiàn)場可編程門陣列緩存后交由中央處理器處理；中央處理器記錄下正負門限值所對應(yīng)在這段波形數(shù)據(jù)中的水平位置對應(yīng)分別為T4、T5;則所需零點在這段射頻數(shù)據(jù)中所對應(yīng)的位置Τ6為(Τ4+Τ5) /2;
[0057](4)Τ6是對應(yīng)于一小段射頻數(shù)據(jù)而不是整幀數(shù)據(jù)的采樣起點，而所需零點位置對應(yīng)于整幀數(shù)據(jù)的位置為Τ2+Τ6，記為Τ7;
[0058](5)上述步驟求得了對應(yīng)所需零點的時間位置，但卻不能確定這是第幾個回波對應(yīng)的零點；由無閘門求峰值所述求得對應(yīng)Tl的峰值相鄰的峰值位置Τ7，依據(jù)Tl/ I Τ1-Τ7 I求得TI對應(yīng)的N，N為TI對應(yīng)的回波次數(shù)；
[0059](6)Τ7是指的采樣個數(shù)計數(shù)值，已知AD采樣頻率為f，聲速為V，則厚度d=(T6*V)/2fN，測量精度為1/f。
【主權(quán)項】
1.一種基于電磁超聲的測厚方法，建立在一套數(shù)字采集電路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，數(shù)字采集電路系統(tǒng)包括:電磁超聲探頭、模擬電路、數(shù)字采樣電路、現(xiàn)場可編程門陣列、中央處理器、USB通訊電路、LED顯示屏，電磁超聲探頭通過探頭線與模擬電路相連，模擬電路與數(shù)字采樣電路相連，現(xiàn)場可編程門陣列分別與模擬電路、數(shù)字采樣電路、中央處理器相連，中央處理器分別與USB通訊電路、LCD顯示屏相連;所述的模擬電路包含放大電路和濾波電路;其特征在于按以下步驟進行: 模擬電路接收電磁超聲探頭檢測到的微弱交變感應(yīng)信號經(jīng)過選頻放大、濾波后，經(jīng)由數(shù)字采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字波形信號;輸入到現(xiàn)場可編程門陣列，現(xiàn)場可編程門陣列與中央處理器通過數(shù)據(jù)總線進行數(shù)據(jù)交換，由中央處理器對數(shù)字波形信號依次進行數(shù)據(jù)相關(guān)算法、平均算法、峰值保留算法，自動增益是根據(jù)峰值保留算法得到的峰值計算反饋值作用于模擬電路，使峰值達到對應(yīng)要求，然后再進行確定當前回波次數(shù)、小段射頻數(shù)據(jù)提取算法、過零點測厚算法、得到最終厚度結(jié)果，通過USB通訊電路來下載中央處理器的厚度結(jié)果并打印報表，通過IXD顯示屏顯示波形。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁超聲的測厚方法，其特征在于，測厚流程及計算具體步驟為: (1)測厚前必須進行聲速校準及零偏校準，依據(jù)數(shù)字采樣電路得到的射頻波形數(shù)據(jù)，現(xiàn)場可編程門陣列對射頻波形數(shù)據(jù)進行檢波壓縮后，依據(jù)峰值保留法及確定當前回波次數(shù)的無閘門求峰值記錄有效回波的峰值水平時間位置，峰值保留記為Tl，T1為現(xiàn)場可編程門陣列存儲的當前峰值對應(yīng)的射頻數(shù)據(jù)當前AD采樣的個數(shù)計數(shù)值； (2)經(jīng)由標準試塊聲速校準后記得聲速V;以Tl前1.5_為有效采樣起始位置，在聲速已知的情況下，求得所需記錄零點的射頻數(shù)據(jù)采樣起始點的水平時間位置，記為T2;同理以Tl后1.5mm作為結(jié)束位置，記為T3 ； (3)以T2作為采樣起點所采樣得到的為原始射頻波形數(shù)據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場可編程門陣列采樣緩存后做流線型平均，平均得到的波形由現(xiàn)場可編程門陣列緩存后交由中央處理器處理；中央處理器記錄下正負門限值所對應(yīng)在這段波形數(shù)據(jù)中的水平位置對應(yīng)分別為T4、T5;則所需零點在這段射頻數(shù)據(jù)中所對應(yīng)的位置Τ6為(Τ4+Τ5)/2; (4)Τ6是對應(yīng)于一小段射頻數(shù)據(jù)而不是整幀數(shù)據(jù)的采樣起點，而所需零點位置對應(yīng)于整幀數(shù)據(jù)的位置為Τ2+Τ6，記為Τ7; (5)求得對應(yīng)所需零點的時間位置，但卻不能確定這是第幾個回波對應(yīng)的零點；由峰值保留法及確定當前回波次數(shù)的無閘門求峰值求得對應(yīng)Tl的峰值相鄰的峰值位置Τ7，依據(jù)TI / I T1-Τ7 I求得TI對應(yīng)的N，N為TI對應(yīng)的回波次數(shù)； (6 )Τ7是指的采樣個數(shù)計數(shù)值，已知AD采樣頻率為f，聲速為V，則厚度 d=(T6*V)/2fN，測量精度為 1/f。
【文檔編號】G01B17/02GK105841645SQ201610172021
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】王子成, 汪智敏, 韓志雄, 信章春
【申請人】武漢中科創(chuàng)新技術(shù)股份有限公司