[发明专利]一种新型超声波测厚系统

说明书

本发明公开了一种新型超声波测厚系统，在上位机中编写触发程序下载至FPGA控制板；FPGA控制板根据程序生成触发信号；超声波发射电路在触发信号的作用下产生尖脉冲信号；超声波探头在尖脉冲信号的作用下发射超声波；超声波在不同介质中发生反射形成超声回波信号；从探头接收的超声回波信号进入超声波接收电路进行信号预处理；FPGA控制板利用计数器对超声回波进行计数，将接收到的第一个超声回波信号上升沿时间记录为D1，第二个超声回波信号上升沿时间记录为D2，根据D1和D2以及超声波在对应材料中的声速计算其厚度，并将材料厚度传送至上位机进行显示；本发明上述方案可实现自动测量管壁等材料的厚度，简化了测量电路，降低了对采集板卡的要求，降低了高压电路的危险性，因此进一步提高了测量的安全性与可靠性。

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种一种新型超声波测厚系统。

背景技术

近些年来，随着石油、化工等基础设施的投资持续增加，钢、铁等材料需求量不断增加，对相关器件厚度的测量要求也越来越高，测厚技术得到快速发展。相关器件长期在火焰、潮湿腐蚀等恶劣的环境中运行，腐蚀、磨损、拉裂等因素极易引起管壁、壁罐的减薄，甚至发生泄漏、爆炸等事故，严重影响人民群众的生命财产安全。因此，壁厚检测是壁管检修的一项重要内容。

目前，对钢铁等器材厚度的测量电路中，超声波发射电路普遍采用变压器升压来实现超声波探头所需要的高压，具有很大的安全隐患，并且超声波接收电路大多采用复杂的电路来实现信号的采集与传输，对采集板卡和电路的设计要求较高。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种新型超声波测厚系统，对操作人员更加安全，对电路设计更加简便，对管壁等器件的自适应能力强，可靠性更高。

为实现上述目的，本发明提供技术方案如下：一种新型超声波测厚系统，包括上位机、信号处理单元、超声波探头，其中信号处理单元内包括FPGA控制板、超声波发射电路和超声波接收电路，超声波接收电路包括限幅电路、增益放大电路、电压比较器电路；FPGA控制板通过超声波发射电路与超声波探头连接，超声波探头通过超声波接收电路与FPGA控制板连接，FPGA控制板通过传输线与上位机连接。

一种新型超声波测厚系统，基于上述管壁等器材的超声波测厚方法，包括以下步骤：

B1、FPGA控制板上电启动，并发送指令生成触发信号；

B2、超声波发射电路根据触发信号生成尖脉冲信号，并将尖脉冲信号传输至超声波探头；

B3、超声波探头根据尖脉冲信号发射超声波至待测工件；

B4、入射的超声波经过待测工件后形成超声回波信号；

B5、超声波探头仍然用于接收超声回波信号，并将超声回波信号传输至超声波接收电路；

B6、超声波接收电路对超声回波信号进行预处理，并将预处理后的信号传送至FPGA控制板；

B7、FPGA控制板对预处理后的信号进行计算，并将结果传送至上位机显示。

为上述一种新型超声波测厚系统方法的进一步优化：B2的具体步骤为：B201、在触发信号到来之前，利用BOOST电路对超声波发射电路的电容进行充电升压；

B202、在触发信号到来后，功率管瞬间导通，电容在电路上瞬间放电形成尖脉冲加在超声波探头上并发射超声波。

为上述一种新型超声波测厚系统方法的进一步优化：B6的具体步骤为：B601、接收的超声回波信号进入限幅电路；

B602、限幅电路限制超声波发射电路中可能传输过来的高电压；

B603、增益放大电路对限幅后的超声回波信号进行放大处理；

B604、电压比较器电路对放大后的超声回波信号进行波形变换，并将信号的最高幅值限制在3.3V以内。