一种128通道超声相控阵激励脉冲产生系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种产生128通道超声相控阵激励脉冲的系统及方法，本发明专利技术基于CPLD和高压数字脉冲发生器来实现，具体实现系统包括三部分：一片时序CPLD芯片、八片驱动CPLD芯片、三十二片高压数字脉冲发生器芯片。其工作原理为：首先对时序CPLD进行编程，产生128个通道的相位延迟和脉冲宽度可调的相控时序信号；其次，采用驱动CPLD芯片来驱动128通道的相控时序信号，并输出128组相控时序信号；最后，使用高压数字脉冲发生器芯片接收128组相控时序信号，相应地产生128个高压激励脉冲。本发明专利技术产生128通道超声相控阵激励脉冲的系统及方法，构造方式简单、制作成本低、使用可靠、延时精度高、缺陷分辨率高，并且激励脉冲的延时、脉宽及极性可方便调整。

【技术实现步骤摘要】
一种128通道超声相控阵激励脉冲产生系统及方法
本专利技术属于超声波无损检测
，涉及一种产生128通道超声相控阵激励脉冲的系统及方法。
技术介绍
超声相控阵技术是近年来发展起来的一种新型超声无损检测技术，具有快速、可靠、便捷等优点。它最主要的特点是阵列发射和阵列接收,并通过控制阵列上各个阵元激励信号的延时,实现声束的偏转和聚焦。在国外，超声相控阵技术的研究目前已取得了一定的成果并逐步在工业检测领域实用化，如加拿大的R/DTech公司、英国的SONATEST公司、美国GE检测控制技术公司等都分别开发出自己的相控阵超声波探伤仪，并成功地应用于石油化工、航空航天等领域。而在国内，关于相控阵无损检测技术的研究尚处于起步阶段，相关的研究成果相对较少：清华大学的施克仁教授等人设计实现了16通道的相控阵超声检测实验系统；中国石油天然气管道科学院联合上海电气自动化设计研究所进行了天然气管道焊缝检测相控阵系统研制工作；其他的一些研究单位，如天津大学、中北大学等，也都在超声相控阵无损检测方面进行了理论和实验方面的研究。但总体来说，国内超声相控阵的技术实力仍是比较薄弱的。为了改变国外超声相控阵仪器售价高及技术垄断的局面，急需发展具有自主产权的超声相控阵产品及相关技术。研制超声相控阵检测系统的重要理论意义和实用价值不言而喻。在超声相控阵检测系统中，压电阵元激励延时脉冲的产生是至关重要的一个环节。这是因为，波束控制的各项关键技术都在其中实现，它可以产生具有各种频率、幅度、相位延时的激励信号，使各单元进行超声相控阵发射，从而在一定的空间范围内叠加形成各种相控效果，诸如：相控阵声束偏转、相控阵声束聚焦等。目前，压电阵元激励延时脉冲的产生普遍采用如下方法：可编程器件产生数字化波形数据，经过数模转化器D/A转换成模拟波形，再采用模拟延迟线(诸如LC网络)实现相位延迟，然后模拟波形经可变增益放大器进行放大，最后再经过功放模块进行幅值、功率放大后产生超声相控阵的激励延时脉冲。很明显，此方法实现过程比较复杂、延时精度相对较低、电路比较庞大，而且很容易受噪声干扰。此外，目前的超声相控阵的通道一般为8通道、16通道、32通道或者64通道，128通道的超声相控阵检测系统相对来讲比较少见。因此，非常有必要针对128通道相控阵系统研究出一种构造简单、成本低、使用可靠、延时精度高、缺陷分辨率高的激励延时脉冲的产生方法。
技术实现思路
本专利技术的目的：本专利技术提供了一种构造方式简单、成本低、延时精度高、使用可靠、缺陷分辨率高、调整方便的128通道超声相控阵激励脉冲产生系统。另外，本专利技术还提供一种产生128通道超声相控阵激励脉冲的方法。本专利技术的技术方案：一种128通道超声相控阵激励脉冲产生系统，其包括三部分：一片时序CPLD芯片、八片驱动CPLD芯片、三十二片高压数字脉冲发生器芯片，其中，时序CPLD芯片的128个输出分成8组分别输入到八片驱动CPLD芯片中；经过一片驱动CPLD芯片的处理，输出16组信号，其中，每组2个互反时序信号，八片驱动CPLD芯片总共可输出128组信号；所述128组信号每四组输入到一个高压数字脉冲发生器芯片中，128组总共输入到32个高压数字脉冲发生器芯片中；一个高压数字脉冲发生器芯片根据输入的四组时序信号产生对应的四个高压激励脉冲，32个高压数字脉冲发生器芯片共产生128个高压激励脉冲分别提供给每一个压电阵元。一种基于权利要求1所述的脉冲产生系统产生128通道超声相控阵激励脉冲的方法，所述时序CPLD芯片产生128个通道的相控时序信号；由驱动CPLD芯片驱动128通道的相控时序信号，并输出128组相控时序信号，其中，每一组2个互反的时序信号；连接驱动CPLD芯片的高压数字脉冲发生器芯片，用来接收128组相控时序信号，相应地产生128个高压激励脉冲，分别提供给各个压电阵元。所述的产生128通道超声相控阵激励脉冲的方法，其具体步骤如下：步骤一、一片时序CPLD芯片产生128个相控时序信号对时序CPLD芯片进行编程，使其产生128个相控时序信号，该信号包含了压电阵元激励脉冲的相位延时信息以及频率信息，且相位延迟精度和脉冲宽度精度为4ns，其中，在对时序CPLD芯片进行编程时，需要设置两个用于控制相位延时信息和脉冲宽度信息的输入引脚，分别以串行方式传送用户指定的128个相位延迟信息和128个脉冲宽度信息，后续的编程部分根据这两个输入信号产生128个特定延时、特定脉宽的相控时序信号；步骤二、八片驱动CPLD芯片驱动并输出16组相控时序信号每一片驱动CPLD芯片用来驱动16个相控时序信号，从而输出16组相控时序信号，每一组2个互反的逻辑信号，所述的驱动具体指的是：将一个输入逻辑信号变为两个输出逻辑信号，其中一个与原逻辑信号相同，另一个与其相位完全相反，此处之所以要采用驱动CPLD芯片将一个逻辑信号变为两个互反的逻辑信号，以满足下述高压数字脉冲发生器芯片的正负逻辑输入要求；步骤三、三十二片高压数字脉冲发生器芯片产生128个高压激励脉冲根据驱动CPLD芯片产生的一对相位相反的逻辑信号，高压数字脉冲发生器芯片产生高压激励脉冲，其中，当驱动CPLD芯片输出的正、负逻辑信号分别对应地输入到高压数字脉冲发生器芯片的正负端时，会产生正极性高压激励脉冲，即电压幅值为高压数字脉冲发生器芯片的正高压电源值；当驱动CPLD芯片的正逻辑输出接入高压模块的负逻辑端而负逻辑输出接入高压数字脉冲发生器芯片的正逻辑端时，高压数字脉冲发生器芯片便会产生负极性激励脉冲，即电压幅值为高压数字脉冲发生器芯片的负高压电源值。每一片高压数字脉冲发生器芯片3可接收四组相控时序信号，相应地产生4个高压激励脉冲，分别提供给4个压电阵元。高压激励脉冲的相位延迟信息及脉冲宽度信息与输入到高压数字脉冲发生器芯片3中的逻辑信号的相应特征参量相同。当高压数字脉冲发生器芯片的负高压源接地时，激励脉冲为单极性正脉冲；当高压数字脉冲发生器芯片的正高压源接地时，激励脉冲为单极性负脉冲；当高压数字脉冲发生器芯片的正、负高压源都不接地时，激励脉冲为双极性脉冲。本专利技术的有益效果：本专利技术采用了基于CPLD和高压数字脉冲发生器的方式来产生128通道超声相控阵的激励延时脉冲，可以做到脉冲延时的分辨率高，且脉冲延时、脉冲宽度以及脉冲极性可方便调整，并同时兼备了构造方式简单、制作成本低、使用可靠等优点。又由于所述方法是同时产生了128通道的激励脉冲，而不是似前人般分批产生通道的激励脉冲，因此本专利技术的发射孔径大，从而又具备了缺陷分辨率高的特点。具有以下优点：①构造方式简单；②制作成本低；③延时精度高；④使用可靠；⑤缺陷分辨率高；⑥激励脉冲的延时、脉宽及极性可方便调整。附图说明图1是本专利技术128通道超声相控阵激励脉冲产生系统的结构框图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明：本专利技术128通道超声相控阵激励脉冲产生方法主要基于CPLD和高压数字脉冲发生器来实现。请参阅图1，其是本专利技术128通道超声相控阵激励脉冲产生系统的结构框图。本专利技术128通道超声相控阵激励脉冲产生系统架构包括：一片时序CPLD芯片1、八片驱动CPLD芯片2、三十二片高压数字脉冲发生器芯片3。其中，时序CPLD芯片1的128本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种128通道超声相控阵激励脉冲产生系统，其特征在于,包括三部分：一片时序CPLD芯片(1)、八片驱动CPLD芯片(2)、三十二片高压数字脉冲发生器芯片(3)，其中，时序CPLD芯片(1)的128个输出分成8组分别输入到八片驱动CPLD芯片(2)中；经过一片驱动CPLD芯片(2)的处理，输出16组信号，其中，每组2个互反时序信号，八片驱动CPLD芯片(2)总共可输出128组信号；所述信号每四组输入到一个高压数字脉冲发生器芯片(3)中，128组总共输入到32个高压数字脉冲发生器(3)中；一个高压数字脉冲发生器芯片(3)根据输入的四组时序信号产生对应的四个高压时序脉冲，32个高压数字脉冲发生器(3)共产生128个高压时序脉冲分别提供给每一个压电阵元。

【技术特征摘要】
1.一种128通道超声相控阵激励脉冲产生系统，其特征在于,包括三部分：一片时序CPLD芯片(1)、八片驱动CPLD芯片(2)、三十二片高压数字脉冲发生器芯片(3)，其中，时序CPLD芯片(1)的128个输出分成8组分别输入到八片驱动CPLD芯片(2)中；经过一片驱动CPLD芯片(2)的处理，输出16组信号，其中，每组2个互反时序信号，八片驱动CPLD芯片(2)总共可输出128组信号；所述128组信号每四组输入到一个高压数字脉冲发生器芯片(3)中，128组总共输入到32个高压数字脉冲发生器芯片(3)中；一个高压数字脉冲发生器芯片(3)根据输入的四组时序信号产生对应的四个高压激励脉冲，32个高压数字脉冲发生器芯片(3)共产生128个高压激励脉冲分别提供给每一个压电阵元。2.一种基于权利要求1所述的脉冲产生系统产生128通道超声相控阵激励脉冲的方法，其特征在于，所述时序CPLD芯片产生128个通道的相控时序信号；由驱动CPLD芯片驱动128通道的相控时序信号，并输出128组相控时序信号，其中，每一组2个互反的时序信号；连接驱动CPLD芯片的高压数字脉冲发生器芯片，用来接收128组相控时序信号，相应地产生128个高压激励脉冲，分别提供给各个压电阵元。3.根据权利要求2所述的产生128通道超声相控阵激励脉冲的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、一片时序CPLD芯片(1)产生128个相控时序信号对时序CPLD芯片(1)进行编程，使其产生128个相控时序信号，该信号包含了压电阵元激励脉冲的相位延时信息以及频率信息，且相位延迟精度和脉冲宽度精度为4ns，其中，在对时序CPLD芯片(1)进行编程时，需要设置两个用于控制相位延时信息和脉冲宽度信息的输入引脚，分别以串行方式传送用户指定的128个相位延迟信息和128个脉冲宽度信息，后续的编程部分根据这两个输入信号产生128个特定延时、特定脉宽的相控时序信号；步骤二、八片驱动CPLD芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁小凤，肖迎春，李闵行，陈以方，孙霓，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61