[发明专利]面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统及方法有效

专利信息
申请号: 202110718417.1 申请日: 2021-06-28
公开(公告)号: CN113447568B 公开(公告)日: 2022-11-22
发明(设计)人: 项延训;陈兰岚;朱武军;轩福贞 申请(专利权)人: 华东理工大学
主分类号: G01N29/04 分类号: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/44
代理公司: 上海专利商标事务所有限公司 31100 代理人: 董庆
地址: 200237 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 面向 高频 高压 激励 信号 非线性 超声 导波 检测 系统 方法
【权利要求书】:

1.面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,包括:

上位机模块,用于接收采样数据并对数据进行处理获得采样的损伤评价结果,同时向单片机模块输出配置信息;

单片机模块,用于接收来自所述上位机模块的配置信息,产生相应的高频互补PWM脉冲信号,并且接收采样回波数据并进行处理,并将采样回波数据传输给所述上位机模块;

高压脉冲发射电路,与所述单片机模块连接,用于接收其产生脉冲频率范围为1MHZ到10MHZ的高频互补PWM脉冲信号,采用类H桥Mos驱动电路以产生高压脉冲方波信号;

低通滤波电路,采用切比雪夫滤波电路并且与所述高压脉冲发射电路连接,用于接收其输出的高压脉冲方波信号,从而产生高频高压正弦波信号;

超声波探头,包括超声波发射探头和超声波接收探头,分别安装于待测材料两端,用于将超声波信号和电信号相互转换;

高压隔离衰减电路,与所述超声波接收探头连接,接收其回波信号,并对该回波信号进行隔离和衰减;

信号采集电路,与所述高压隔离衰减电路连接,用于采集回波信号并将其转换成数字信号;以及

FPGA模块,用于控制信号采集电路进行采集回波信号,并读取其采样数据,最后将数据传输至所述单片机模块。

2.根据权利要求1所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述单片机模块产生的高频互补PWM脉冲信号具有一种以上的高频、任意脉冲个数和任意脉冲间隔。

3.根据权利要求2所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述单片机模块通过UART与所述上位机模块进行数据通信。

4.根据权利要求1所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述超声波发射探头和所述超声波接收探头分别对称地安装于待测材料两端,且通过耦合剂进行安装。

5.根据权利要求1所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述高压隔离衰减电路包括隔离电路和衰减电路,所述隔离电路将回波信号隔离,所述衰减电路将回波信号衰减。

6.根据权利要求1所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述FPGA模块通过并行数据总线与信号采集电路进行通信,并通过FIFO缓存电路将数据通过UART传到所述单片机模块。

7.根据权利要求1所述的面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测系统,其特征在于,所述上位机模块接收到回波数据后,通过快速傅里叶变换计算波形各频率的幅值,并通过二次谐波的幅值比基波幅值的平方计算出非线性参量,最后根据理论非线性参量和标准损伤曲线库得出实际的损伤评价结果。

8.面向高频高压激励信号的非线性超声导波检测方法,其特征在于,包括以下步骤:

由上位机模块控制单片机模块产生脉冲频率范围为1MHZ到10MHZ的高频互补PWM脉冲信号;

通过高压脉冲发射电路接收所述高频互补PWM脉冲信号并采用类H桥Mos驱动电路产生高压脉冲方波信号,

通过采用切比雪夫滤波电路的低通滤波电路接收所述高压脉冲方波信号并产生高频高压正弦波信号;

通过超声波发射探头接收所述高频高压正弦波信号并将其转换成超声波信号在待测材料中传输,之后通过超声波接收探头将超声波信号转换成回波电信号;

通过高压隔离衰减电路对回波信号隔离和衰减,由信号采集电路将回波信号转换成数字信号;

通过FPGA模块读取所述信号采集电路中的数据,并传输至所述单片机模块以进行处理,最后将数据传输至所述上位机模块进行频谱分析以得出损伤评价结果。

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