本发明专利技术涉及无损检测技术领域，提出一种主动式超声导波装置，包括主控制器、功率放大器、传感器网络以及切换开关；其中，所述切换开关包括衰减器、选通开关、信号放大及调理器和第二控制器，所述第二控制器用于控制所述衰减器和选通开关的开关切换，其中衰减器至少包括第一级衰减器，所述第一级衰减器是双掷的簧片继电器，所述传感器网络的输出信号是直通连接于所述选通开关，以将经所述信号放大及调理器进行放大调理后输入所述主控制器，所述功率放大器输出的激励信号是需经由所述第二控制器控制切换所述衰减器的开关才能被加载至所述传感器网络，从而形成互锁控制。本发明专利技术能够实现一种具有超低串扰的主动式超声导波装置。
An active ultrasonic guided wave device
【技术实现步骤摘要】
一种主动式超声导波装置
本专利技术涉及无损检测
，具体涉及一种主动式超声导波装置。
技术介绍
超声导波技术作为一种高效灵活的在线/离线的损伤监测与诊断方法，已广泛应用于管网、铁轨和螺栓状态等工程结构的无损检测。超声导波系统的信号主要分为激励信号和接收信号。激励信号通过激励压电传感器产生在结构中传播的超声导波，接收传感器则接收该超声导波信号，并通过信号采集处理和对比分析导波信号在损伤前后的变化，从而定位损伤的位置和大小。为了减少传感器的数量，激励和接收常常共用同一套传感器网络，激励源和接收源通过矩阵切换开关分时选择作为激励和接收的传感器，从而实现任意一个传感器的在不同时段既可以作为激励源又可以作为接收源使用。在一些信号衰减较大的，或面积较大的结构检测中，如复合材料结构检测应用，为了使压电传感器(PZT)充分振动而产生高信噪比的超声导波信号，往往需要较高电压激励信号，如幅值在±70V内的激励电压，信号频率在50kHz到1MHz变化，如主流商用的美国ScanGenieIII超声导波检测系统的激励信号最佳幅值在±50V～±70V。在这种激励信号作用下，并且共用传感器网络的条件下，接收通道由于电子线路的影响常常会形成较大的串扰信号与有效信号叠加在一起。当激励和接收传感器距离很近时，尤其在热点区域的检测应用中，由于检测区域很复杂，串扰信号经过放大后与有效信号常常叠加在一起，甚至出现信号饱和，导致有效信号丢失，严重影响检测的准确性。ScanGenieIII采用高压模拟开关进行激励和接收通道的隔离，保护接收通道的低压器件不受损坏，但是受半导体器件寄生电容和漏电流的影响，串扰仍然非常严重。此外，随着监测面积的增大，传感网络的数量将成倍增加，扫查路径中，激励和接收的次数则成指数型增加，而在扫查过程中，为了保证两次激励之间的信号不互相影响，每一次激励须等待上一次激励信号产生的回波完全消失后才能开始。传统的超声导波系统一般为一发一收工作模式，即在多通道的传感器网络中选择其中一个传感器，其它任意一个传感器作为接收，这种模式下的矩阵切换开关电路较为简单，扫查时间较长，导致整体监测效率，受环境变化影响较大。
技术实现思路
针对现有的技术存在的串扰严重问题，专利技术提出一种具有超低串扰的主动式超声导波装置，此外本专利技术也提出一种具有一发多收式的超声导波装置。本专利技术采用如下技术方案实现：一种主动式超声导波装置，包括主控制器、功率放大器、传感器网络以及切换开关，所述主控制器用于产生激励所述传感器网络所用的原始信号以及用于接收所述传感器网络的输出信号并进行分析，所述原始信号经由所述功率放大器进行功率放大，功率放大后的信号作为所述传感器网络的激励信号，所述激励信号被加载至所述传感器网络的任意一个传感器单元，所述切换开关用于将所述传感器网络的至少一个传感器单元选通连接至所述主控制器，所述传感器网络的输出信号经由所述切换开关的选通而输入至所述主控制器。其中，所述切换开关包括衰减器、选通开关、信号放大及调理器和第二控制器，所述第二控制器用于控制所述衰减器和选通开关的开关切换，其中衰减器至少包括第一级衰减器，所述第一级衰减器是双掷的簧片继电器，所述双掷的簧片继电器的公共端连接所述传感器网络，常闭触点连接于所述选通开关，常开触点接入所述功率放大器，从而所述传感器网络的输出信号是直通连接于所述选通开关，以将经所述信号放大及调理器进行放大调理后输入所述主控制器，所述功率放大器输出的激励信号是需经由所述第二控制器控制切换所述衰减器的开关才能被加载至所述传感器网络。本专利技术中，在所述双掷的簧片继电器未驱动时，常闭触点闭合，所述传感器网络的所有传感器单元是直通连接于所述选通开关的，所述功率放大器输出的激励信号是需经由所述第二控制器控制切换所述双掷的簧片继电器，使得常开触点闭合，常闭触点断开，才能被加载至所述传感器网络的一个传感器单元且同时该传感器单元与所述选通开关断开，由此可见，形成互锁控制。其中，为了进一步提高抗串扰性能，所述衰减器为多级衰减器，第一级以上级衰减器依次与第一级衰减器进行开关串联。其中，为了避免增加多级切换控制时间，所述多级衰减器的开关控制端均并联至所述第二控制器，由所述第二控制器同步并行控制每一级衰减器的开关切换。其中，在满足高串扰抑制性能基础上，为了提高切换速度等性能，所述第一级以上级衰减器均是簧片继电器。其中，出于满足功能和成本考虑，所述第一级以上级衰减器无需双掷的簧片继电器，而采用均是单掷簧片继电器即可满足要求。其中，兼顾抗串扰性能和制造成本，较优选的方案中，所述多级衰减器为二级衰减器。其中，从功能满足上，所述第一级衰减器的双掷的簧片继电器也可以采用只有常开触点的单掷簧片继电器和一个只有常闭触点的单掷簧片继电器并联控制组成进行替代。其中，为了实现同时采集一路或多路传感器单元的信号，所述选通开关为对应所述传感器网络的通道路数的多路选择器，所述衰减器的簧片继电器的开关通道也是对应所述传感器网络的通道路数。其中，作为较佳实施方式，所述多路选择器是多路模拟开关。其中，作为较佳实施方式，所述第二控制器对所述衰减器的开关切换控制是经由地址译码器进行地址译码以选通对应的簧片继电器的开关通道。其中，实现缩短扫查时间，提高整体监测效率，实现一发多收，所述第二控制器控制所述选通开关的开关切换方式是：同时选通所有通道路数，使直通连接于所述选通开关的所述传感器网络的多路通道的传感器单元的输出信号均都并行输入至所述主控制器，以实现一发多收。其中，为了提高抗串扰性能，所述切换开关包括印制电路板，所述印制电路板为多层板，其中所述多层板通过地包线和/或地层将所述激励信号和所述输出信号屏蔽开，且相邻的两路信号分布在不同层。其中，作为较佳实施方式，所述传感器网络是压电陶瓷传感器。其中，作为较佳实施方式，所述第二控制器还与所述主控制器通讯连接，以用于接收所述主控制器的控制命令和数据，并反馈状态信息。本专利技术的主动式超声导波装置中，由于簧片继电器作为隔离衰减器，尤其是采用具有互锁隔离结构的两级衰减电路，实现了激励和接收信号的高度隔离，即使在高电压的激励源下，也能获得超低串扰的接收信号。此外，本专利技术采用多通道模拟开关切换矩阵及其采集系统，实现了可任意一个传感器作为激励源，其它任意多个作为接收源的一发多收式超声导波装置。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图。图2是作为本专利技术的一个实施例的矩阵切换开关结构示意图。图3是本专利技术抑制串扰的效果示意图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。如图1所示，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主动式超声导波装置，包括主控制器、功率放大器、传感器网络以及切换开关，所述主控制器用于产生激励所述传感器网络所用的原始信号以及用于接收所述传感器网络的输出信号并进行分析，所述原始信号经由所述功率放大器进行功率放大，功率放大后的信号作为所述传感器网络的激励信号，所述激励信号被加载至所述传感器网络的任意一个传感器单元，所述切换开关用于将所述传感器网络的至少一个传感器单元选通连接至所述主控制器，所述传感器网络的输出信号经由所述切换开关的选通而输入至所述主控制器，其特征在于：所述切换开关包括衰减器、选通开关、信号放大及调理器和第二控制器，所述第二控制器用于控制所述衰减器和选通开关的开关切换，其中衰减器至少包括第一级衰减器，所述第一级衰减器是双掷的簧片继电器，所述双掷的簧片继电器的公共端连接所述传感器网络，常闭触点连接于所述选通开关，常开触点接入所述功率放大器，从而所述传感器网络的输出信号是直通连接于所述选通开关，以将经所述信号放大及调理器进行放大调理后输入所述主控制器，所述功率放大器输出的激励信号是需经由所述第二控制器控制切换所述衰减器的开关才能被加载至所述传感器网络，从而形成互锁控制。/n...
【技术特征摘要】
1.一种主动式超声导波装置，包括主控制器、功率放大器、传感器网络以及切换开关，所述主控制器用于产生激励所述传感器网络所用的原始信号以及用于接收所述传感器网络的输出信号并进行分析，所述原始信号经由所述功率放大器进行功率放大，功率放大后的信号作为所述传感器网络的激励信号，所述激励信号被加载至所述传感器网络的任意一个传感器单元，所述切换开关用于将所述传感器网络的至少一个传感器单元选通连接至所述主控制器，所述传感器网络的输出信号经由所述切换开关的选通而输入至所述主控制器，其特征在于：所述切换开关包括衰减器、选通开关、信号放大及调理器和第二控制器，所述第二控制器用于控制所述衰减器和选通开关的开关切换，其中衰减器至少包括第一级衰减器，所述第一级衰减器是双掷的簧片继电器，所述双掷的簧片继电器的公共端连接所述传感器网络，常闭触点连接于所述选通开关，常开触点接入所述功率放大器，从而所述传感器网络的输出信号是直通连接于所述选通开关，以将经所述信号放大及调理器进行放大调理后输入所述主控制器，所述功率放大器输出的激励信号是需经由所述第二控制器控制切换所述衰减器的开关才能被加载至所述传感器网络，从而形成互锁控制。
2.根据权利要求1所述的主动式超声导波装置，其特征在于：所述衰减器为多级衰减器，第一级以上级衰减器依次与第一级衰减器进行开关串联。
3.根据权利要求2所述的主动式超声导波装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛文东，杨梦娇，洪德明，王奕首，卿新林，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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