[实用新型]一种相控阵超声检测数据采集与处理装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测数据采集与处理装置领域，尤其涉及一种相控阵超声检测数据采集与处理装置。用于海洋平台结构缺陷相控阵超声检测的高速多通道数据采集与处理。

背景技术

海洋平台结构所处环境恶劣，随着服役时间的增长，海洋平台结构会出现不同程度、不同形式的损伤，这些损伤缺陷的存在将严重威胁海洋平台结构的服役安全与可靠性。因此，为确保海洋平台结构的安全运行，必须进行平台结构定期或不定期的检测。

海洋平台结构的桩腿一般由若干种规格的钢管焊接而成，其水上、下焊缝部位和管体需要进行安全检测与维护，以保证海洋平台结构及各种设备的安全、稳定工作。目前，超声检测是一种海洋平台结构常用的无损检测技术，在超声检测设备中，超声数据采集与处理是关键部件之一。在进行海洋平台结构缺陷超声检测时，由于超声波的中心频率很高(一般可达5MHz)，导致模数(A/D)转换采样频率可高达40MHz，故其数据采集与处理装置必须能实时处理高速大容量的超声数据。而目前市场上现有的超声数据采集和处理装置通道数少且采样频率不达要求，而且传统超声数据采集与处理装置是应用单片机(MCU)或数字信号处理器(DSP)通过软件控制数据采集的A/D转换，这样必将频繁中断系统的运行，数据采集与处理的速度也将受到极大限制。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种检测数据准确快速、实时性好、操作简便、稳定可靠、用途广泛的具有高速多通道的相控阵超声数据采集与处理装置。用于海洋平台结构各种规格管体的各种缺陷的全方位检测，从而快速、准确地检测出海洋平台结构管体的内外部裂纹和腐蚀等缺陷，进一步提高检测装置的检测能力。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案为：一种相控阵超声检测数据采集与处理装置，包括USB总线及其相连接的主控计算机；其中：USB总线通信连接有数据采集与处理卡组件，数据采集与处理卡组件连接有64阵元超声相控阵列换能器；数据采集与处理卡组件含有16个完全相同的数据采集与处理卡；数据采集与处理卡包括有相配合连接的四路超声发射/接收及信号预处理电路、A/D转换模块、FPGA模块、DSP微处理器模块、复位电路和电源模块，数据采集与处理卡组件具有64个输入通道，16个输出通道，其中，每4个输入通道和1个输出通道对应有一个数据采集与处理卡；在数据采集与处理卡中有一个4选1模拟开关，以选择其中的一个通道，1个至16个通道的选择，实现了超声相控阵列换能器阵元数的选通；16个数据采集与处理卡内均集成了完全相同的四路超声发射/接收及信号预处理电路；64阵元超声相控阵列换能器能实现超声波的发射与接收，通过控制换能器阵列中各阵元的激励或接收脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射或接收声波到达或来自物体内某点时的相位关系，实现声束的灵活偏转和聚焦，选用所需阵元组也能实现声束位置的横向运动。

上述的四路超声发射/接收及信号预处理电路包括有超声相控阵换能器信号输入电路、多路模拟开关、带通滤波电路、预放大电路和可控增益放大电路；超声相控阵换能器信号输入电路与多路模拟开关的输入端相连，多路模拟开关的输出端与带通滤波电路的输入端相连，带通滤波电路的输出端与预放大电路的输入端相连，预放大电路的输出端与可控增益放大电路的输入端相连，可控增益放大电路的输出端与A/D转换模块的输入端相连，用于选通一路超声回波信号并对其进行放大和带通滤波处理，并送至A/D转换模块等待采样。

上述的FPGA模块包括FPGA芯片、FPGA配置电路、晶振电路、JTAG接口电路、AS接口电路；FPGA芯片的第一接口连接DSP微处理器模块，用于控制A/D进行采样，采样结束后，将采样结果存储到FPGA中的FIFO缓存区，同时生成一个采样结束脉冲信号作为DSP的一个外部中断信号，通知DSP提取采样结果；FPGA芯片的第二接口连接JTAG接口电路，用来下载程序和调试程序；FPGA芯片的第三接口连接FPGA配置电路，FPGA配置电路连接AS接口电路，以AS模式下载程序至FPGA配置电路，内部的程序供FPGA模块调用，即使掉电后程序代码也不会消失；FPGA芯片的第四接口连接晶振电路，晶振电路提供100MHz的振荡信号，并利用FPGA芯片内部的分频电路得到采样时钟，单通道最高采样频率为62.5MHz。