[发明专利]一种超声导波锚杆质量无损检测仪

权利要求书

1.超声导波锚杆质量无损检测仪，其特征在于：包括：电源供电模块、主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块；

其中，电源供电模块为整个系统各子模块电路提供电压，以保障各个模块正常工作；电源模块与主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块相连；

主处理器FPGA控制模块包含基本的FPGA电路组成结构，包括FPGA芯片、下载电路、复位电路和时钟电路，能够保证FPGA最小系统正常工作；FPGA因为运算处理速度快、灵活性高等优点使得其在信号处理方面有着优异的表现；

超声导波激励信号发生模块通过Verilog编程语言结合DDS技术实现信号发生功能，发射出频率和幅值可调的汉宁窗调制的正弦波信号，即在主处理器FPGA控制模块的控制下发射出超声导波信号A，为整个锚杆锚固质量无损检测仪提供输入信号；

功率放大模块将超声导波激励信号发生模块发射的超声导波信号A进行功率放大，然后传递给压电换能器模块；放大后的超声导波信号B能量更加集中，能够在锚杆中传播更远的距离，更加完整的呈现锚杆内的信息；

压电换能器模块作为无损检测仪和待测锚杆试件的连接部分，具有能够随时更换的优点，起到了重要的信号承载及传递作用；压电换能器模块将功率放大模块传递的信号B输出给待测锚杆试件，再将经待测锚杆试件反射后的信号C传递给信号调理模块；

信号调理模块的功能是对压电换能器模块接收的信号C进行隔离限幅和滤波去噪处理，使信号调理模块输出的信号D的电压幅值在可控范围内，满足后续电路正常工作的要求；信号调理模块包括程控放大电路、隔离限幅电路和滤波电路；压电换能器模块接收的信号C依次经过程控放大电路、隔离限幅电路和滤波电路后输出的信号D被数据采集模块采集；

数据采集模块对采集到的信号D进行模数转换，将信号D包含的模拟量信息转换为数字量信息传回主处理器FPGA控制模块，并存储在FPGA的FIFO中，以便后续电路进行波形显示；

从处理器STM32控制模块用于接收主处理器FPGA控制模块的数字量信息，并控制人机接口电路进行波形显示；从处理器STM32控制模块包括STM32芯片、复位电路、晶振电路、时钟电路和程序下载电路；主处理器FPGA控制模块输出的数字量信息经过从处理器STM32控制模块传递到人机交互模块；其中，主处理器FPGA控制模块与从处理器STM32控制模块之间选择FSMC总线方式进行通信；

人机交互模块一方面将按键控制信息通过从处理器STM32控制模块传递到主处理器FPGA控制模块来调节超声导波信号A的频率和幅值，另一方面对从处理器STM32控制模块接收到的主处理器FPGA控制模块的数字量信息进行显示；人机交互模块包括：按键控制模块、RS232通信模块、液晶显示模块和FLASH存储模块；按键控制模块用于调节超声导波激励信号发生模块的信号输出频率和幅值，从而输出不同的高低频超声导波信号A；RS232通信模块能够和PC连接，将主处理器FPGA控制模块传递的数字量信息传到PC端；液晶显示模块包括一块TFT触摸显示屏，将锚杆锚固长度计算、缺陷位置定位算法写入液晶显示模块的程序中，并通过触摸屏和图形化的方式将锚杆反射波形信息和测量结果直观的呈现在使用者面前；FLASH存储模块用于存储反射波形和数据，方便后续对历史测量记录进行查看等操作；通过人机交互模块的设计，大大提高了产品的易用性，方便使用者高效的进行锚杆锚固质量的测量。

2.如权利要求1所述的超声导波锚杆质量无损检测仪，其特征在于：所述检测仪的工作过程如下：

步骤一，启动检测仪并打开检测仪上的电源开关，通过电源供电模块为检测仪供电；

步骤二，对检测仪参数进行设定；根据实际待测试件的情况，通过人机交互模块对待测试件的材料参数进行选择；

步骤三，进行超声导波锚杆质量无损检测测试；当选用低频超声导波对锚杆试件进行测试时，将低频压电换能器探头通过传感器夹具固定在锚杆顶端，通过按键控制模块控制超声导波的激励信号的参数，激励信号参数设置好以后，在主处理器FPGA控制模块的FPGA芯片的控制下，超声导波激励信号发生模块发出低频的汉宁窗调制的正弦信号，即信号A；信号A经过功率放大模块后输出低频超声导波信号B传到压电换能器模块，低频超声导波信号B在锚杆中进行往复传播，之后激发波和反射回波同时通过压电换能器模块的另一端输出为信号C，信号C经过信号调理模块的处理后输出为信号D，信号D通过数据采集模块进行模数转换，将输出的数字量信息存储到FPGA内部的FIFO中；

当选用高频超声导波对锚杆试件进行测试时，将高频压电换能器探头通过传感器夹具固定在锚杆顶端，通过按键控制模块控制超声导波的激励信号的参数，激励信号参数设置好以后，在主处理器FPGA控制模块的FPGA芯片的控制下，超声导波激励信号发生模块发出高频的汉宁窗调制的正弦信号，即信号A；信号A经过功率放大模块后输出高频超声导波信号B传到压电换能器模块，高频超声导波信号B在锚杆中进行往复传播，之后激发波和反射回波同时通过压电换能器模块的另一端输出为信号C，信号C经过信号调理模块的处理后输出为信号D，信号D通过数据采集模块进行模数转换，将输出的数字量信息存储到FPGA内部的FIFO中；

步骤四，记录不同锚杆试件的测量结果；通过主处理器FPGA控制模块与从处理器STM32控制模块的通信，从处理器STM32控制模块对信号D的数字量信息进行处理，通过内部算法计算锚杆长度、锚固长度、锚固力，并对锚固段内部的缺陷进行定位，最终将数据处理的结果通过液晶显示模块进行显示，将包括的反射回波信息和锚杆锚固结构信息直观的呈现在用户面前。