[发明专利]一种超声导波衰减补偿装置及方法

说明书

本发明公开一种超声导波衰减补偿装置及方法，涉及电磁超声无损检测技术领域，可用于对电磁超声信号的采集处理，对信号进行滤波、放大以及衰减补偿，在一定程度上解决当前无损检测领域中层析成像所需数据不足的问题。本发明能够设置固定增益模式和时变增益模式两种不同的工作模式，可对由于信号随传播时间和距离的变化引起的衰减进行补偿，适用于多通道或阵列式电磁超声换能器的信号同步检测。整个装置采用FPGA芯片控制，与微控制器连接进行下传命令和上传数据。该装置具有高增益、高信噪比的特点，特别适合于电磁超声信号的检测，同时也能应用于压电换能器的信号检测。

技术领域

本发明属于电磁超声无损检测技术领域，尤其涉及一种超声导波衰减补偿装置及方法。

背景技术

超声层析成像技术起步较晚，其思想来源于医学，医学上X射线的巨大成功使得层析成像技术逐渐拓展到无损检测领域。目前的超声层析成像技术存在以下几个问题：现用于缺陷检测情形中存在Lamb波多模态和信号强度不大；成像模型与算法参数对成像质量也存在一定的影响；实验测试仪器获取成像所需数据不准确等，这些缺点限制了成像技术的发展。此外，电磁超声存在以下局限性：换能效率低、易受电磁干扰、超声波在传播过程中能量易耗散，导致幅值衰减，这些都不利于分析缺陷对信号能量的影响。

电磁超声信号检测技术在国外已经越来越成熟，已经进入到工业应用阶段，是无损检测领域中极其热门的技术，具有巨大的提升空间和发展潜力，符合现代化工业的需求。

发明内容

本发明目的是为了解决电磁超声无损检测领域中成像所需数据不足、信号随时间和距离的增加而衰减的问题，而提出的一种超声导波衰减补偿方法及装置。

本发明是这样实现的，一种超声导波衰减补偿装置，包括信号处理系统、FPGA芯片、微控制器、存储模块和控制系统，所述信号处理系统与所述FPGA芯片电性连接，所述FPGA芯片分别与所述微控制器、所述存储模块、所述控制系统电性连接，所述控制系统用于控制所述信号处理系统；

所述信号处理系统包括前置放大模块、模拟高通滤波器、第一低噪声程控放大模块、模拟低通滤波器、第二低噪声程控放大模块、电压跟随器和AD模块，所述AD模块与所述FPGA芯片电性连接；

其中，所述前置放大模块获取输入信号，前置放大模块的输出端与模拟高通滤波器输入端相连，所述模拟高通滤波器的输出端与第一低噪声程控放大模块输入端相连，所述第一低噪声程控放大模块输出端与模拟低通滤波器输入端相连，所述模拟低通滤波器的输出端与第二低噪声程控放大模块的输入端相连，所述第二低噪声程控放大模块的输出端与电压跟随器的输入端相连，所述电压跟随器的输出端与AD模块的输入端相连，所述AD模块与FPGA芯片相连以获取将模拟信号转换为数字信号的数据。

进一步的，所述控制系统包括第一DA转换器、第二DA转换器和滤波器选择模块，所述滤波器选择模块包括高通滤波器截止频率选择模块和低通滤波器截止频率选择模块；所述FPGA芯片控制第一DA转换器连接第一低噪声程控放大模块，所述FPGA芯片控制第二DA转换器连接第二低噪声程控放大模块，所述FPGA芯片控制高通滤波器截止频率选择模块连接高通滤波器，所述FPGA芯片控制低通滤波器截止频率选择模块连接低通滤波器。

进一步的，所述滤波器选择模块具有多级截止频率，所述滤波器选择模块通过组合不同的电容和电感值来实现高通和低通滤波，不同的截止频率由电容和电感组成LC滤波网络。

进一步的，所述FPGA芯片通过微控制器设置工作模式和参数，且在微控制器上显示出系统中设置的参数和输出的数字信号。

进一步的，所述存储模块用于保存已经设置的参数，电源重启后自动读取上一次设置的参数。

本发明还提供一种基于上述装置的超声导波衰减补偿方法，包括以下步骤：

S1根据不同材料对超声导波的衰减系数，获取相应的时变增益系数；