[发明专利]用于无损检测仪器的数字时变增益电路

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2005年10月14日提交的，名称为ULTRASONIC FAULT DETECTION SYSTEM USING A HIGH DYNAMIC RANGE ANALOG TO DIGITAL CONVERSION SYSTEM的序列号为60/726,798的美国临时专利申 请，和于2005年10月14日提交的，名称为ULTRASONIC DETECTION MEASUREMENT SYSTEM USING A TUNABLE DIGITAL FILTER WITH 4X INTERPOLATOR的序列号为60/726,776的美国临时专利申请，以及于 2005年10月14日提交的，名称为DIGITAL TIME VARIABLE AMPLIFIER FOR NON-DETRUCTIVE TEST INSTRUMENT的序列号为60/726,575的美国 临时专利申请的利益和优先权，在这里将它们的全部公开在此引用作为 参考。

背景技术

本发明涉及用于通过向目标物体发射超声波脉冲，并分析探测到的来 自该目标物体的回波信号，来探测物体或材料中，例如在如航班机翼的 这种关键结构中的内部结构缺陷的超声波探测和测量系统。本发明的系 统和方法还通常涉及用于诸如腐蚀测量、厚度测量等应用的系统。更特 殊地，本发明涉及这种系统所采用的时变增益(TVG)放大器。

现有技术中的超声波探伤仪以诸如本直接受让人的(instant assignee’s)Epoch 4 Plus产品的产品作为示例。可从通用电气获得 的竞争性产品称为USM 35X、USN 58L和USN 60探伤系统。总得来说， 现有技术的超声波探伤仪利用高度复杂的模拟前端，所述模拟前端包括 很多部分，该部分在校准、可靠性、准备时间、结果的一致性和对特殊 应用和设置的优化等方面存在特别难以解决的问题。

通常的现有技术的超声波探伤仪包括换能器，其相对于要被检测的物 体放置并且与大量模拟电路协同工作，所述模拟电路诸如增益校准器、 前置放大器和衰减器、可变增益放大器，以及在很多不同频带上操作并 需要仔细校准和维护的高通和低通模拟滤波器。

结果，当前的探伤仪给这种设备的设计者和用户带来一大堆问题，由 于它们复杂，这些问题影响了它们的故障查找和维修。这些问题包括诸 如，将由变化的换能器看到的输入阻抗与被切换到以及切换出信号路径 的不同增益放大器进行匹配的问题。这就对频率响应造成不期望的影 响，并引起各种增益非线性。这就造成当模拟电路被切换到和切换出信 号路径时的校准问题。

现有探伤仪的另一个问题可归因于它们的后壁衰减性能，所述性能影 响到对非常靠近于正在检测的物体后壁的缺陷进行探测的能力。这一问 题对时变增益函数来说造成特别的问题，所述时变增益函数在现有技术 的装置中具有有限的增益范围和增益变化率。

另一现有技术的缺点由模拟电路被耦合的方式引起，这导致为了将信 号电平提供给与这种转换器的满幅标度(full amplitude scale)匹配 的转换器，信号路径中的每个放大器具有不同的DC偏移误差，其中为 了保持在模数转换器中点的输入信号被使用，所述DC偏移误差必须归 零(nulled)。因此，现有技术中的误差归零(error nulling)过程 是不可靠的，特别是在高增益时，由于噪声导致DC基线测量不精确， 使得该过程不可靠。

由于需要利用所用仪器的整个动态范围，现有探伤仪前端的密集模拟 实现造成进一步的问题，其产生各种增益线性校准的问题。

现有技术中的超声波检查设备在美国专利No.5,671,154中有所描述， 其提供了用于本发明设备和方法的背景信息。可调数字滤波器配置在US 专利6,141,672中有所描述。

发明内容

总的来说，本发明的目的是提供用于超声波物体检查和测量的设备和 方法，其避免或改善现有技术中的至少一些缺点。

本发明进一步的目的是提供用更简单的电路实现的超声波检查设备 和方法。

本发明进一步的目的是提供在使用前需要较短和较简单的校准和调 整过程的超声波检查设备和方法。