专利名称：反馈式非金属智能声波检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种非金属材料及结构物质量的声波无损检测装置。
在中国专利CN2135779Y中，公开了一种土木工程测试装置，含有声波传感器和非破损检测混凝土强度功能；目前国内生产的SY-2、NM-2A等非金属超声波检测仪都属于非金属声波无损检测装置。在这些装置中，前置放大器的增益设置有两种方式即人工手动调节电压衰减器或由上位机软件人工设置，因而，存在检测过程中因被测点声幅变化而必须反复修改前置放大器增益设置和智能化程度不高的弱点。
本实用新型的目的是提供一种反馈式非金属智能声波检测装置，能在检测过程中根据声幅的变化由单片微处理器对前置放大器进行反馈式控制从而实现增益的全自动最优调节。
为达到上述目的，本实用新型在上述反馈式非金属智能声波检测仪中采用了反馈式自动增益调节系统，该系统由反馈前置放大器、模—数转换器、数据缓存器、单片微处理器及总线组成；反馈式前置放大器的输出端与模—数转换器的输入端连接、模—数转换器的数字输出端与数据缓存器数据线连接、单片微处理器经总线与数据缓存器连接、反馈式前置放大器的数字控制输入端与单片微处理器接口连接。
本实用新型的最佳实施例见
图1、图2、图3。其中图一是反馈式非金属智能声波检测仪结构框图图二是反馈式自动增益调节系统原理框图图三是反馈式前置放大器电路原理图
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。
如图1所示，本实用新型的反馈式非金属智能声波检测仪由声波换能器、反馈式前置放大器、模—数转换器、数据缓存器、逻辑电路、单片微处理器及高压发射机组成。声波换能器将被检测点的声信号转换为电压信号，反馈式前置放大器对电压信号进行放大，模一数转换器将电压信号转换为二进制码并由数据缓存器存储，单片微处理器经总线对数据缓存器所存数据进行分析从而选择最佳增益码经接口对反馈式前置放大器进行控制，将前置放大器的输出电压信号的峰值调节到模—数转换器输入电压的满幅与1/(2.5)满幅之间。高压发射机在单片微处理器和逻辑电路控制下进行多次高压声波发射，直到前置放大器增益调节到上述最佳状态为止。逻辑电路控制模—数转换器的转换时序和数据缓存器的读写操作，并对高压发射机进行同步时序控制。单片微处理器对逻辑电路进行程控、对数据缓存器中所存声波波形数据进行幅度鉴别、当最大声幅的绝对值对应的转换码溢出时自动递减增益码、当最大声幅的绝对值对应的转换码小于1/(2.5)满幅电压对应的转换码时则自动递增增益码、向高压发射机发出重复发射的命令、启动模—数转换器及数据缓存器重复采样直到所采集的声波波形数据符合前述要求为止、然后才经通讯接口将所采集的理想数据传到上位计算机处理。
图2是反馈式自动增益调节系统，由反馈式前置放大器、模—数转换器、数据缓存器、总线及单片微处理器组成一个闭环数字式负反馈系统。反馈式前置放大器增益G＝xo(t)/xi(t)与增益码M(N)之间的关系如表1所示。模—数转换器将xo(t)转换为相对应的数据码X(i)并存入数据缓存器。单片微处理器在每次信号采集过程结束后将数据缓存器中所存声波波形数据进行幅度鉴别并根据其结果调整增益码M(N)，调整规则如表2所示。表1
表2
其中Xm-A/D输出数字码的正满幅值。
Max(X(i))-声波波形数据绝对值的最大值。
单片微处理器在每次声波信号的采集过程中，将前次所选的M(N)记忆�。杉探崾螅莸笔倍訶(i)的幅度鉴别而重新选择增益码并对反馈式前置放大器重新设置，然后再重复采集过程直至最终使M(N)保持不变。
图3是反馈式前置放大器，由一片二进制程控放大器、两片十进制程控放大器、六位数据锁存器组成，实施方案是由两片PGA103、一片AD526和一片74HC573组成；设三级放大器的增益分别为G3、G2、G1，则总增益为G＝G3、G2、G1，G与增益码M(N)之间的关系如表3所示表3
其中M5M4M3M2M1为M(N)的六位二进制码，因为X(i)xo(t)的模—数转换结果，二者是等价的，所以由表1、表2可得表4如下所示表4 其中Vo-A/D集成电路输入电压的正满幅值。
Xom-反馈式前置放大器输出电压信号的峰值的绝对值。
由表4可见，按表2规则由单片微处理器对反馈式前置放大器进行数字式负反馈控制，在有限次的采集过程后，最终可将增益自动设置在最佳值，以保证反馈式前置放大器输出电压信号的峰值的绝对值满足下式 由于本实用新型采用的在每次声波采集过程中可随输入信号的幅值变化而自动进行增益的负反馈调节的前置放大器、在声波检测中不需要事先进行电压衰减的手动调节或上位机软件的人为设置，因此具有很高的智能化程度；单片微处理器对前置放大器的数字式反馈控制提高了增益调节的实时性；增益的自动调节降低了因电压衰减器的电阻网珞引起的误差和噪声干扰；单片微处理器对前置放大器短程控制避免了采用上位计算机直接程控引起的很强的数字信号噪声。
权利要求1.一种由单片微处理器控制并与上位计算机通讯、带有前置放大器、模—数转换器、数据缓存器、高压发射机及逻辑电路装置的非金属智能声波检测仪，本实用新型的特征在于带有一个反馈式自动增益调节系统，该系统由反馈式前置放大器、模—数转换器、数据缓存器、单片微处理器及总线组成；反馈式前置放大器的输出端与一模数转换器的输入端连接、模—数转换器的数字输出端与数据缓存器数据线连接、单片微处理器经总线与数据缓存器连接、反馈式前置放大器的数字控制输入端与单片机接口连接。
2.根据权利要求1所述的非金属智能声波检测仪，其特征在于反馈式前置放大器由一片二进制程控放大器、两片十进制程控放大器、六位数据锁存器组成；两片十进制程控放大器级联，其输出端与二进制程控放大器输入端连接，数据锁存器的六个数字输出端分别与上述三个程控放大器的数字控制端连接。
专利摘要本实用新型公开了一种在非金属声波检测中能随声幅的变化而自动设置最佳增益的反馈式非金属智能声波检测仪,这种仪器中带有由反馈式前置放大器、模－数转换器、数据缓存器、单片微处理器及总线组成的反馈式自动增益调节系统,能在信号采集过程中通过单片微处理器根据所采集声波波形数据的幅度鉴别而自动选择合适的增益码对前置放大器进行数字式负反馈增益调节,其结果使得前置放大器的输出电压信号的峰值的绝对值最终落在A/D电路输入电压正满幅值Vo至Vo/(2.5)之间。
文档编号G01N29/04GK2458627SQ0023081
公开日2001年11月7日 申请日期2000年9月7日 优先权日2000年9月7日
发明者刘明贵, 李祺, 刘克 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所
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