(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 209559157 U(45)授权公告日 2019.10.29
(21)申请号 201920381930.4(22)申请日 2019.03.25
(73)专利权人 长沙斯倍尔电子科技有限公司
地址 410139 湖南沙市经济技术开发
区黄兴大道南段57号星为创芯园5栋502(72)发明人 杨青
(74)专利代理机构 长沙科明知识产权代理事务
所(普通合伙) 43203
代理人 彭正贤(51)Int.Cl.
G01B 17/02(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
CN 209559157 U(54)实用新型名称
一种工业管材壁厚超声测量系统(57)摘要
本实用新型涉及一种工业管材壁厚超声测量系统，包括超声阵列收发探头、采集单元和显控单元，所述的采集单元包括FPGA控制器、高压脉冲信号发生电路、信号切换电路、AFE模拟信号采集前端电路、DAC数模转换电路、HV高压电路；所述的显控单元设置于工控机内，包括用于连接触摸LCD显示器的LVDS接口、用于连接外部USB设备的USB接口、用于与路由器或交换机连接的第一RJ45接口，以及用于连接WIFI模块的UART1接口，还包括用于与采集单元通讯的GPIO接口、UART2接口、第二RJ45接口、第二USB接口。本实用新型是一种新型壁厚超声测量系统，应用于移动的工业管材。
CN 209559157 U
权 利 要 求 书
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1.一种工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：包括超声阵列收发探头、采集单元和显控单元，所述的采集单元包括FPGA控制器、高压脉冲信号发生电路、信号切换电路、AFE模拟信号采集前端电路、DAC数模转换电路、HV高压电路，所述的HV高压电路产生一路正高压和一路负高压，均连接至高压脉冲信号发生器，所述的高压脉冲信号发生器的脉冲输出端和AFE模拟信号采集前端电路的信号输入端均通过信号切换电路连接超声阵列收发探头，所述的高压脉冲信号发生电路的控制端连接FPGA控制器内的发送脉冲控制模块，所述的AFE模拟信号采集前端电路同时连接FPGA控制器内的信号衰减控制模块和AFE控制模块并受二者控制，AFE模拟信号采集前端电路的数据输出端连接FPGA控制器的ADC数据接口，所述的FPGA控制器还包括连接并控制HV高压电路的高压控制IO，以及连接LED和按键的外围控制模块，所述的FPGA控制器还设置有与显控单元连接的数据派发模块以及JTAG接口；
所述的显控单元设置于工控机内，包括用于连接触摸LCD显示器的LVDS接口、用于连接外部USB设备的USB接口、用于与路由器或交换机连接的第一RJ45接口，以及用于连接WIFI模块的UART1接口，还包括用于与采集单元通讯的GPIO接口、UART2接口、第二RJ45接口、第二USB接口，UART2接口、第二RJ45接口、第二USB接口连接数据派发模块，GPIO接口连接JTAG接口。
2.根据权利要求1所述的工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：所述的显控单元还包括连接外置存储设备的SD接口。
3.根据权利要求1所述的工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：所述的AFE模拟信号采集前端电路通过I2C接口连接信号衰减控制模块，且AFE模拟信号采集前端电路与I2C接口之间设置有DAC数模转换模块。
4.根据权利要求1所述的工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：所述的HV高压电路包括依次串联的DAC Vout_control模块、电子脉冲发送器、高压DC-DC Boost模块和低噪声LDO电路，其中DAC Vout_control模块连接FPGA控制器中的高压控制IO，高压DC-DC Boost模块连接12V外部电源，低噪声LDO电路分离出连接高压脉冲信号发生电路的一路正高压和一路负高压。
5.根据权利要求1所述的工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：所述的AFE控制模块通过SPI接口连接AFE模拟信号采集前端电路并通讯。
6.根据权利要求1所述的工业管材壁厚超声测量系统，其特征在于：所述的超声阵列收发探头为1*4阵列。
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说 明 书
一种工业管材壁厚超声测量系统
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技术领域
[0001]本发明涉及超声测量系统技术领域，特别涉及一种用于工业管材壁厚测量的超声测量系统。
背景技术
[0002]现阶段，超声厚度测量基于以下几点理论进行：1）声阻抗Z= p·v ，其中p为密度，v为纵向声波速度；2）当声阻抗改变时，一些声波能量被反射且持续被反射；3）更大的声阻抗变化引起更多的超声能量被反射；4）管道厚度的测量通过第1个回波（外壁）与第2个回波（内壁）的间距来确定。
[0003]目前没有一种对刚挤出成型的工业管材进行同时多角度壁厚测量的系统。发明内容
[0004]本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种能对工业管材进行同时多角度壁厚测量的系统。
[0005]本发明的技术方案是构造一种工业管材壁厚超声测量系统，包括超声阵列收发探头、采集单元和显控单元，所述的采集单元包括FPGA控制器、高压脉冲信号发生电路、信号切换电路、AFE模拟信号采集前端电路、DAC数模转换电路、HV高压电路，所述的HV高压电路产生一路正高压和一路负高压，均连接至高压脉冲信号发生器，所述的高压脉冲信号发生器的脉冲输出端和AFE模拟信号采集前端电路的信号输入端均通过信号切换电路连接超声阵列收发探头，所述的高压脉冲信号发生电路的控制端连接FPGA控制器内的发送脉冲控制模块，所述的AFE模拟信号采集前端电路同时连接FPGA控制器内的信号衰减控制模块和AFE控制模块并受二者控制，AFE模拟信号采集前端电路的数据输出端连接FPGA控制器的ADC数据接口，所述的FPGA控制器还包括连接并控制HV高压电路的高压控制IO，以及连接LED和按键的外围控制模块，所述的FPGA控制器还设置有与显控单元连接的数据派发模块以及JTAG接口；
[0006]所述的显控单元设置于工控机内，包括用于连接触摸LCD显示器的LVDS接口、用于连接外部USB设备的USB接口、用于与路由器或交换机连接的第一RJ45接口，以及用于连接WIFI模块的UART1接口，还包括用于与采集单元通讯的GPIO接口、UART2接口、第二RJ45接口、第二USB接口，UART2接口、第二RJ45接口、第二USB接口连接数据派发模块，GPIO接口连接JTAG接口。
[0007]在其中一个实施例中，所述的显控单元还包括连接外置存储设备的SD接口。[0008]在其中一个实施例中，所述的AFE模拟信号采集前端电路通过I2C接口连接信号衰减控制模块，且AFE模拟信号采集前端电路与I2C接口之间设置有DAC数模转换模块。[0009]在其中一个实施例中，所述的HV高压电路包括依次串联的DAC Vout_control模块、电子脉冲发送器、高压DC-DC Boost模块和低噪声LDO电路，其中DAC Vout_control模块连接FPGA控制器中的高压控制IO，高压DC-DC Boost模块连接12V外部电源，低噪声LDO电路
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说 明 书
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分离出连接高压脉冲信号发生电路的一路正高压和一路负高压。[0010]在其中一个实施例中，所述的AFE控制模块通过SPI接口连接AFE模拟信号采集前端电路并通讯。
[0011]在其中一个实施例中，所述的超声阵列收发探头为1*4阵列。[0012]本发明的优点和有益效果：本发明是一种新型壁厚超声测量系统的电路结构，应用于移动的工业管材，1*4阵列收发探头可以均匀环绕套设在待测管材的四周，测量其上、下、左、右的壁厚，带WIFI模块的显控单元可以将采集单元获取的数据发送出去，使远程终端可以监控数据。
附图说明
[0013]图1是实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0014]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。[0015]需要说明的是，当元件被认为是“设置”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。[0016]除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在本发明。[0017]实施例1
[0018]如图1所示，一种工业管材壁厚超声测量系统，包括超声1*4阵列收发探头1、采集单元2和显控单元3，所述的采集单元2包括FPGA控制器201、高压脉冲信号发生电路202、信号切换电路203、AFE模拟信号采集前端电路204、DAC数模转换电路205、HV高压电路206，所述的HV高压电路206产生一路正高压和一路负高压，均连接至高压脉冲信号发生器202，所述的高压脉冲信号发生器202的脉冲输出端和AFE模拟信号采集前端电路204的信号输入端均通过信号切换电路203连接超声阵列收发探头1，所述的高压脉冲信号发生电路202的控制端连接FPGA控制器201内的发送脉冲控制模块207，所述的AFE模拟信号采集前端电路204同时连接FPGA控制器201内的信号衰减控制模块208和AFE控制模块209并受二者控制，AFE模拟信号采集前端电路204的数据输出端连接FPGA控制器201的ADC数据接口210，所述的FPGA控制器201还包括连接并控制HV高压电路206的高压控制IO 211，以及连接LED和按键212的外围控制模块，LED和按键212用于显示工作状态、编程或控制，所述的FPGA控制器201还设置有与显控单元3连接的数据派发模块214以及JTAG接口215；[0019]所述的显控单元3设置于工控机内，包括用于连接触摸LCD显示器的LVDS接口302、用于连接外部USB设备的USB接口303、用于与路由器或交换机连接的第一RJ45接口304，以及用于连接WIFI模块的UART1接口305，还包括用于与采集单元通讯的GPIO接口306、UART2接口307、第二RJ45接口308、第二USB接口309，UART2接口307、第二RJ45接口308、第二USB接口309连接数据派发模块214，GPIO接口306连接JTAG接口215。
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说 明 书
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所述的显控单元3还包括连接外置存储设备的SD接口310。
[0021]所述的AFE模拟信号采集前端电路204通过I2C接口216连接信号衰减控制模块208，且AFE模拟信号采集前端电路204与I2C接口216之间设置有DAC数模转换模块205。[0022]所述的HV高压电路206包括依次串联的DAC Vout_control模块217、电子脉冲发送器218、高压DC-DC Boost模块219和低噪声LDO电路220，其中DAC Vout_control模块217连接FPGA控制器201中的高压控制IO 211，高压DC-DC Boost模块219连接12V外部电源221，低噪声LDO电路220分离出连接高压脉冲信号发生电路202的一路正高压222和一路负高压223。
[0023]所述的AFE控制模块209通过SPI接口224连接AFE模拟信号采集前端电路204并通讯。
[0024]本发明的工作原理是：高压脉冲信号发生电路在发送脉冲控制模块的控制下，将HV高压电路产生的正高压和负高压通过信号切换电路发送到超声探头，而信号切换电路控制对超声探头的信号收发，间隔地向探头发送高压信号以及将探头返回的信号传送到AFE模拟信号采集前端电路，AFE模拟信号采集前端电路通过I2C接口、SPI接口以及ADC数据接口与FPGA控制器进行通讯并将数据发送到FPGA控制器进行进一步处理，FPGA控制器通过连接的LED、按键，或工控机对信号处理过程和流程进行控制，工控机中的显控单元连接的触摸LCD显示器可以方便进行人机交互，WIFI模块可以连接远程设备进行远程控制与监控。[0025]本领域技术人员可以根据本申请中记载的各模块及其连接关系，正确理解其工作原理并对FPGA进行正确编程，增加运行所需基本条件（如电源等）或硬件载体，以实现技术目的。
[0026]本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
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说 明 书 附 图
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图1
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