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专利名称：一种超声波墙体检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种墙体检测仪，尤其是ー种超声波墙体检测仪。
背景技术：
目前，国内公知的墙体检测仪都是基于麦克斯韦电磁场理论而设计的，交变的电流会在其周围产生交变的电磁场，通过电磁检测来达到检测墙内金属管道，交流电线的目的。鉴于基于电磁检测的墙体检测仪会向周围辐射出一定量的电磁波，对操作者造成一定的辐射，不符合相关标准。此外，一般的墙体检测仪不能很好的检测出墙内的非金属和非导体材料的分布情况，造成检测困难，容易造成错误判断。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种超声波墙体检测仪。本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案一种超声波墙体检测仪包括超声波发射装置、超声波接收装置，其中所述超声波发射装置包括同步扫描电路、超声波发射电路、发射探头，超声波发射电路的输入端与同步扫描电路的输出端连接，超声波发射电路的输出端与发射探头连接;所述超声波接收装置包括接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、微控制器、报警器，其中，所述接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、模数转换器依次连接，模拟转换器的数据输出端与微控制器的数据输入端连接，微处理器的高电平输出端与报警器连接。所述超声波墙体检测仪中，微处理器为AT89C51芯片。所述超声波墙体检测仪中，模数转换器为AD7705芯片。本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果能快速、方便地检测出墙内非金属、非导体材料的分布情況。整个超声波检测仪采用模块化设计，各模块相对独立、精度高，超声波检测仪的抗干扰能力强，明显优于传统的墙体探测仪。

图I是超声波墙体检测仪的模块图。图2是同步扫描电路的原理图。图3是超声波发射电路的原理图。图4是由AD621构成的前置放大模块电路原理图。图5是四节八阶带通滤波器电路原理图。图6是由AD9631构成的后级放大模块的电路原理图。图7是由A/D转换芯片AD7705与微处理器AT89C51的接ロ电路原理图。[0018]图8是微处理器AT89C51的管脚分布图。图9是LED报警指示灯电路原理图。图中标号说明U1A UlI均为反相器，R1 R27均为电阻，C1 C13均为电容，D1 D3均为ニ极管，Q1、Q2均为三极管，Q3为功率开关管，LI为电感。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明如图I所示的超声波墙体检测仪，包括超声波发射装置、超声波接收装置。超声波发射装置包括同步扫描电路、超声波发射电路、发射探头，超声波发射电路的输入端与同步扫描电路的输出端连接，超声波发射电路的输出端与发射探头连接。同步扫描电路产生同步脉冲，同步脉冲触发超声波发射电路产生一个高压电脉冲，高压电脉 冲激励超声换能器(压电晶片)发出超声波，超声波通过发射探头发射出去，超声波经过耦合进入待测腔体传播。超声波接收装置包括依次连接的接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、模数转换器、微控制器、报警器。接收探头将接收到的待检测墙体返回的超声波转化为微弱的电脉冲，微弱电脉冲经前置放大电路放大后进入带通滤波电路进行滤波、整形(小波降噪)，后级放大电路对带通滤波模块处理后的模拟信号进行放大得到有用的信号，供数据采集和处理时用。模数转换器将后级放大电路输出的模拟信号转换为数字信号，微处理器比较模数转换器输送的数字信号的特征值和存储器中预存的同频率超声波在均匀墙体(无墙体缺陷)中的反射信号的特征值，在特征值的差值超出范围时发出电信号，报警器报警。同步扫描电路是用来产生同步脉冲和可调延时触发脉冲的，其原理图如图2所示。该电路由HEF40106BP六反相器构成，第I级由电容Cl、电阻R1、电位器R2和反相器UlA构成多谐振荡器，第2级由电容C2、电阻R3和反相器UlB构成上升沿触发的单稳态电路，第3级为一反相器U1C，第4级由电容C3、电阻R4和反相器UlD构成下降沿触发的单稳态电路，第5级由电容C4、电位器R5、电阻R6和反相器UlE构成下降沿触发的单稳态电路。如图3所示为超声波发射电路，发射电路的作用是产生一个持续时间很短的脉冲电压去激励超声波传感器(换能器)，使超声波传感器(换能器)发射超声波。发射的脉冲越窄，设备的纵向分辨カ越好，而发射的峰值电压越大，探査的灵敏度就越高。本装置采用的是ー种新的发射电路，此电路不需要提供高的直流电源，就可以产生高达几百伏的超声探头触发脉冲，电路原理图如图3所示。电路中三极管Ql (8050)和三极管Q2 (8550)构成ー驱动电路。一般的中功率VMOS管会有纳法级的栅电容，开关电压为7 10V，最大上升时间为几十纳秒。这样在产生驱动VMOS管的门脉冲时，有时会高达几安培的门电流，这超出了 TTL芯片的驱动能力。为提高脉冲幅值需增强VMOS管的开关特性，图3中两个双极型三极管构成功率放大电路，驱动后级VMOS管Q3。超声波发射电路以VMOS为开关元件，采用脉冲波激励方式，靠电感储能形成触发脉冲，不需要高电压供电，其储能仅与换路时的电感电流平方成正比。当触发脉冲在正脉冲期间，Q3的栅极为高电平，Q3相当于ー个小电阻，电感LI与此电阻串联，并和电压源一起构成ー回路，对电感进行充电，电感电流上升进行储能。当触发脉冲在负脉冲期间，Q3的栅极为低电平，Q3快速关断，L1、C5、R8和R9组成谐振电路快速放电，形成激励脉冲。ニ极管D1、D2、D3起单项开关的作用。电阻R7的起到分压的作用，以便保护Q3电路中R8的作用是用来调节脉冲的幅值大小，当増加R8的阻值时，脉冲的幅值会变大。利用软件仿真分析，获得相关元器件的最佳值(已标在电路原理图中)，以使超声波传感器(换能器)发射的效率最高。如图4所示为超声波信号接收装置的前置放大模块，由于声波在不同媒质交界面上的反射和散射以及同一媒质传播都会引起声能的衰减，实际压电晶片接收到的声信号已经非常微弱，现场干扰信号可能把实际声信号淹没。因此，要求前置放大电路不仅要有较大的输入阻抗，高的共模抑制比，而且噪声要低，并满足检测频带宽度。本装置的前置放大电路使用的是仪表放大器AD621。由于仪表放大器是ー种经过优化处理，专门设计的精密差分电压放大器，所以它具有很多优点，如共模抑制比高、非线性误差小、输入阻抗高、低噪声、低失调电压和失调电压漂移，并带有差动输入、可变增益输出。从仪表放大器的特点来看，非常适合对微弱的电压信号进行放大。电阻Rll、RlO起到平衡电阻的作用，使得运放两个端子的电压平衡，从而使运放的偏置电流不会产生附加的失调电压。如图5为信号的带通滤波模块的电路原理图，压电晶片接收到的信号经AD621放·大以后，还包含噪声，要进行滤波处理，以提取有用的信号。由于压电晶片的中心频率为500kHz，所以设计的滤波器应为中心频率为500kH的带通滤波器。滤波器的设计指标有中心频率f0=500kHz，品质因素Q ^ 10，放大倍数Av=I。为了获得更好的滤波效果，采用级联的方法实现高阶带通滤波器。采用查表法设计带通滤波器，并用软件进行设计。最后的滤波电路是由四节相同结构的ニ阶带通滤波器采用级联的方法构成的高阶带通滤波器。带通滤波器中所用的运算放大器选用LM149，其带宽为4MHz，可以满足带通滤波器的要求。电路选用精度为1%的电阻，以便方便实际电路的调试。R12、R16、R20、R24都是阻值为11. 4kΩ的电阻，R13、R17、R21、R25 都是阻值为 315 Ω 的电阻，R14、R15、R18、R19、R22、R23、R26、R27都是阻值为20k Ω的电阻，C6-C13都是容值为IOOpF的电容，反相器UlF-UlI为LM149芯片。电阻R12、R13、R14、R15，电容C6、C7，反相器UlF构成ー阶滤波电路，电阻R16、R17、R18、R19，电容C8、C9，反相器UlG构成ニ阶滤波电路，电阻R20、R21、R22、R23，电容C10、C11，反相器UlH构成三阶滤波电路，电阻R24、R25、R26、R27，电容C12、C13，反相器UlI构成四阶滤波电路。如图6所示为后级放大模块的电路原理图，带通滤波器的输出信号经过由AD9631组成的同相放大的接收电路处理后，就可以得到ー个有用的信号，供后续电路进行采样处理。如图7所示为A/D转换芯片AD7705与微处理器AT89C51的接ロ电路原理图。AD7705是AD公司新推出的16位Σ-Λ A/ D转换器，可用于测量低频模拟信号。这种器件带有增益可编程放大器，可通过软件编程来直接测量传感器输出的各种微小信号。AD7705/ AD7706具有分辨率高、动态范围广、自校准等特点，因而非常适合于エ业控制、仪表测量等领域。其中，AD7705具有两个全差分输入通道，而AD7706则具有三个准差分输入通道。本实用新型是采用AD7705，因为其主要具有以下优点①具有16位无丢失代码；②非线性度为O. 003 % ;③增益可编程，其可调整范围为I 128 ;④输出数据更新率可编程；⑤可进行自校准和系统校准；⑥带有三线串行接ロ ；⑦采用3V或5V工作电压，功耗低。AT89C51的管脚图如图8所示，用AT89C51与AD7705直接相连来对超声波传感器信号进行模数转换，为了能用软件有效地控制AD7705的复位，图7中特意把RESET与AT89C51的Pl. 2相连，这样可以保证AD7705能可靠的复位。在应用时，把DRDY接到AT89C51的INTl，可以使AD7705在转换结束后使单片机产生中断，以读取最新的转换数据。如图9所示的LED报警指示灯电路原理图。利用AT89C51单片机系统对同频率超声波在均匀墙体(无墙体缺陷)中的反射信号的特征值和实际接收到的信号特征值进行 比对，当两种特征值的差别超出一定范围吋，单片机给出电信号，点亮报警灯，以此达到检测出墙内管道的目的。
权利要求1.一种超声波墙体检测仪，其特征在于包括超声波发射装置、超声波接收装置，其中 所述超声波发射装置包括同步扫描电路、超声波发射电路、发射探头，超声波发射电路的输入端与同步扫描电路的输出端连接，超声波发射电路的输出端与发射探头连接； 所述超声波接收装置包括接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、微控制器、报警器，其中，所述接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、模数转换器依次连接，模拟转换器的数据输出端与微控制器的数据输入端连接，微处理器的高电平输出端与报警器连接。
2.根据权利要求I所述的超声波墙体检测仪，其特征在于，所述微处理器为AT89C51芯片。
3.根据权利要求I所述的超声波墙体检测仪，其特征在于，所述模数转换器为AD7705芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种墙体检测仪，尤其是一种超声波墙体检测仪。所述超声波墙体检测仪包括超声波发射装置、超声波接收装置。超声波发射装置包括同步扫描电路、超声波发射电路、发射探头。超声波接收装置包括接收探头、前置放大电路、带通滤波电路、后级放大电路、微控制器、报警器。所述超声波墙体监测仪通过采集经过墙体传播的超声波的特征值，并与存储的超生波规定特征值比较，在采集的超声波特征值超范围时发出警报。所述超声波墙体检测仪采用模块化设计，各模块独立工作，快速方便检测出墙内非金属、非导体材料的分布情况。
文档编号G01N29/04GK202453327SQ20122003906
公开日2012年9月26日 申请日期2012年2月7日 优先权日2012年2月7日
发明者张思俊 申请人:张思俊