超声波探伤仪及数字化超声波探伤仪

1 常规超声波探伤仪的基本结构超声波探伤仪的基本结构框图如图1所示.探伤仪有同步电路、发射电路、接收电路、时基电路、显示器、电源和超声波换能器等几个部分组成.同步电路:产生使整个仪器协调工作的同步脉冲信号,以同步触发发射电路、时基电路及闸门电路等部分,以便在显示屏上稳定地显示所需观察的超声回波脉冲.发射电路:产生高压(负)脉冲,激励超声波换能器产生高频振荡,从而形成脉冲超声波,经耦合层进人被检构件和材料.接收电路:从超声探头接收到的微小超声信号,经压电晶片转换为微弱的电脉冲信号,经接收电路放大后显示在示波器上.常规超声波探伤仪接收电路由衰减器、高频放大器、检波和视频放大器等几个部分组成.调节衰减器实际上是调节放大器的增益,以便使所观察的回波以合适的高度显示在示波屏上.时基电路:实际是方波形成电路和锯齿波形成     

低噪声声发射信号调理系统设计

针对金属腐蚀声发射信号检测要求,设计并实现了一种低噪声的声发射信号调理系统。该系统由电荷放大电路、电压放大电路和滤波电路组成。详细论述了各部分电路的原理,并分析了电路噪声水平。分析试验表明,电荷放大电路中运算放大器的输入电压噪声是影响电路噪声的主要原因。在满足带宽的条件下,选用低噪声的运算放大器能够有效降低整个信号调理系统的噪声,从而提高系统信噪比。     

相位成象声显微镜的研制及应用

研制了一台相位成象声显微镜,可对样品反射信号的相位信息进行成象.其电路由插入PC机内的超高速A/D卡和快脉冲产生和接收卡组成.A/D卡采样率＞109次/s,使用了周边元件扩展接口(PCI)总线和现场可编程门阵列(FPGA)技术;脉冲产生和接收卡能可靠接收、放大未经检波的回波,因而可精确获取未经检波的回波信号.然后利用软件完成相位检测及图象显示,还可通过数字检波获得样品幅度象.仪器工作频率为2～50MHz;可实时显示检测样品的A扫描及相位或幅度象.该仪器在微米级薄膜厚度、形状的测量和三维成象以及焊接质量的检测等方面具有独特功能.该机体积小、功能强、成本低,具有广阔的开发应用前景.     

采用PWM的强抗干扰模数转换(英文)

在流量、压力和温度控制中,系统会受到一定的干扰,同时具有低频信号反馈的特点,采用 A/D 转换难以达到抗干扰的要求。为此采用一种新的脉宽调制( PWM) 电路实现转换,将被测模拟信号经过放大、整流以及滤波处理后,与三角波调制信号进行比较,得到 PWM 信号,该信号的占空比与被测量信号的大小成正比。微处理器只要采用定时器测量占空比,就可以计算出输入的模拟信号,其 A/D 转换精度为处理器时钟周期和三角波周期的比值,三角波周期越低,精度越高。这种模数转换电路简单,抗干扰能力强,特别适合低频信号反馈的模数转换。实验结果表明,可以较低成本达到较高转换位数的精度效果。     

高速超声信号采集系统的设计

根据超声信号的固有特点,提出了一种高速超声信号采集系统,将来自超声传感器的高频信号经过高频放大、A/D转换和高速缓存等处理,然后通过PCI总线送入PC机中,解决了超声检测过程中高速大容量数据存储和传输的问题.该系统具有较高的灵活性和可移植性,可用于多种超声信号的采集与处理.     

超声数学频谱分析系统的设计与应用

介绍了超声信号数字频谱分析的原理和实施方法。即通过信号采样、A/D转换、FFT变换等可获得换能器及超声回波的频谱特性参数。介绍了德国KK公司和南昌航院自制探头的波形和频谱图,认为根据频谱测量结果,适当改变有关参数就有可能研制高性能换量器。     

电磁超声换能器的微弱信号检测

电磁超声换能器的换能效率很低,得到的接收信号十分微弱。为了改善接收信号质量,采用了基于谐振理论的选频放大技术、基于互相关理论的锁相放大技术以及平均技术3种方法对电磁超声接收信号进行处理。实验表明,所设计的选频放大电路和锁相放大电路均能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,而平均技术则能够有效改善接收信号的信噪比。最后给出了电磁超声系统联调的实验波形,并对3种检测技术的优缺点进行了分析。     

激光焊监测系统信号处理电路的设计

介绍了由数控电位器、仪表放大器以及单片机构成的激光焊监测系统信号处理电路的工作原理及实用电路。该电路能将传感器提取的强弱不同的信号自动放大到预先设定的电平上，使输入信号的动态范围达到最大，为实现对传感信号的精确分析，显示及相关处理创造了条件，实验表明，电路具有反应速度快，精度高，抗干扰能力强等特点。     

浅谈扫描电路及其应用

目前超声探伤中使用最广泛的是A型显示脉冲探伤仪,它通过探头向工件周期性地发射不连续且频率不变的超声波,根据超声波在工件中的传播时间及回波幅度判断其有无缺陷和缺陷位置及大小。超声波传播时间的记录是通过扫描电路实现的。     

基于电磁超声横波的铝板厚度检测技术

电磁超声横波在金属板中传播速度相对纵波较慢,当使用横波对金属板进行厚度测量时,检测灵敏度较高。通过分析电磁超声横波在铝板中的传播特性,设计了电磁超声回波接收部分的电路,包括:仪表放大、滤波和增益调节电路。实验中,采用自发自收式电磁超声换能器对不同厚度的铝板测厚信号进行接收,将采集的信号传入计算机中,用matlab软件中的小波工具箱对其进行处理,并采用读取相邻回波峰值点对应时差的方式计算它们的厚度值。实验结果表明,处理过的数据计算出铝板厚度精确度更高,相对误差小于1%。     

基于AD9273的超声相控阵检测系统设计

提出了一种基于AD9273的高集成度超声相控阵检测系统设计方案。在传统超声相控阵检测系统的基础上,利用新型高集成度芯片AD9273和HV748完成32通道高压发射电路和接收采集电路设计;采用FPGA子系统结合ARM平台的方式构成系统数字信号处理的核心;采用数字正交包络检波技术完成接收波束成形。系统满足探伤的实时、高速的要求。系统在小型化和数字化方面有显著提高,可为便携式超声相控阵检测系统设计奠定基础。     

螺栓轴向压力超声检测中声时测量的EDA仿真原理

基于超声波激励螺栓产生受迫振动的振动方程与RLC电路微分方程的一致性,建立了电路参数中电感、电容、电阻与超声波传播过程中螺栓的质量、力顺、力阻的一一对应关系,将影响螺栓中声时测量的力学量等效为电路参量。在此基础上,利用EDA（电子设计自动化）仿真软件,分析了电路参数的变化对声时的影响,拟合了电阻、电容与声时差的关系式。EDA仿真得出的电阻、电容对声时的影响规律与实例测量结果自洽,说明了通过EDA仿真的方法研究声时测量的可行性。     

基于PVDF压电薄膜传感器的超声检测试验

基于PVDF聚偏氟乙烯压电薄膜传感器进行了超声检测方法研究。首先详细介绍了PVDF压电薄膜传感器的传感机理和组成,并根据检测信号的特点设计了信号调理电路;其次利用超声波探伤仪和PVDF压电薄膜传感器搭建了超声无损检测系统;最后,利用检测系统对铝试件进行了检测,验证了该检测方法的可行性。试验结果表明,该检测方法得到的检测信号信噪比高,能够准确定位试件内部的缺陷,适用于缺陷检测。     

超声C扫描成像自动检测系统的研究与实现

超声C扫描成像已逐渐成为复合材料构件普遍研究和采用的检测技术之一。在对超声波声场探讨的基础上,采用基于超声时域的检测方法,通过机械装置、控制电路、发射电路、接收电路和信号处理电路等部分的设计,研制了一种速度快、功能强的超声波C扫描自动检测系统。该系统具有成本低廉、检测速度快、误检率低和显示直观等优点。经对布纤维复合材料试验表明,该系统能够检测出直径为1 mm的气孔,能够实现对微小缺陷的成像检测。     

Amplitude and phase measurements of continuous diffuse fields for structural health monitoring of concrete structures

Measuring amplitude and phase of continuous ultrasonic waves with a lock-in amplifier is shown to give similarly sensitive indicators of concrete damage as pulsed coda wave analysis, but maintains its sensitivity at considerably much lower signal levels. Continuous and pulsed measurements were performed on a concrete slab subjected to cyclically increased damage level. In the unloaded phase each measurement type was performed at varying transmit signal levels. The result indicates the possibility of using a larger distance between transducers in high frequency health monitoring systems of concrete structures, where attenuation of propagating waves is strong.     

A contribution to the applicability of complex wavelet analysis of ultrasonic signals

Ultrasonic signal is always composed of a series of transient feedback impulsive waves, which are created during the propagation of ultrasonic energy when it meets the discontinuities within the material, such as inclusions, voids, micro-cracks, the surface of the object being inspected and so on. Complex wavelet based envelope detection method was designed to extract the impulsive features contained in the signal. The complex wavelet based correlation analysis was further proposed for distinguishing the ‘real impulsive waveform’ that indicates the object being searched from a number of unrecognized disturbing waveforms also presented in the signal. The effectiveness of both methods was proved by practical experiments on a common tube sample. The experiments proved that, by using the proposed methods, the impulsive waveform that really indicates the end surface of the tube could be distinguished successfully. With the aid of the analysed results and the calibration equation, the relative distance between the position where the transducer was placed and the end surface of the tube could be identified correctly. It is believed that the proposed methods will be widely applied to the analysis of ultrasonic signals.     

Designing amplifiers with very low output noise for high impedance piezoelectric transducers

An analytical output noise voltage model of an ultra low noise amplifier for high impedance ultrasonic transducers is presented. Operational amplifier with low input bias current is needed to avoid using compensation resistance that considerably increases the noise at the input of the operational amplifier. The proposed analytical model, including the ultrasonic transducer, provides a useful tool to design, compare and select component values.     

超声换能器频率特性和探伤仪接收放大器性能及测试方法

讨论当前国内超声换能器频率特性及探伤仪接收放大器的性能对探伤的影响,并提出了测试方法以提高缺陷定量的准确性及系统的一致性。     

精密超声波密度计研究

针对传统的密度测量仪器存在的不足,根据超声波的传播特性设计了一种超声波密度计。通过超声波波速的测量来实现密度计的高精度测量。利用高分辨率、快速的信号采样电路以及数字细分算法使超声波传播时间的测量达到ns级,为密度测量的分辨率优于0．00001×103 kg／m3提供了保障。采用分布式多声道结构有利于密度测量精度的提高。     

火箭发动机包覆层测厚时间延迟估计算法研究

用超声测量火箭发动机包覆层厚度时,当包覆层较薄时检测回波信号会出现时域混叠。为此提出一种时间延迟估计的新方法。该方法能对修正的检测信号能量谱的对数微商求逆傅里叶变换。实验结果表明,该方法能准确估计出时域混叠信号的延迟时间。提高了火箭发动机包覆层厚度测量精度。