全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置，该装置包括：全自动相控阵超声波检测设备及测试插头组，全自动相控超声波检测设备通过测试插头组连接有相控阵探头插座模块，相控阵探头插座模块连接有衰减通道模块，衰减通道模块连接有多路选择模块，多路选择模块连接有信号调理与采集模块及高速比较器模块，信号调理与采集模块及高速比较器模块连接有FPGA芯片，FPGA芯片连接有译码器、多路选择模块及USB芯片接口，USB芯片接口连接有全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置及外部计算机。本发明专利技术提供的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置，有效评估相控阵超声波检测设备线缆传输工作状态。工作状态。工作状态。

【技术实现步骤摘要】
全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置


[0001]本专利技术涉及全自动相控阵超声波检测
，特别是涉及一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置。

技术介绍

[0002]高全自动相控阵超声波检测技术(AUT)是一项检测灵敏度高、速度快、对焊缝缺陷定位和定量准确的无损检测技术，在长输陆地油气管道、海洋工程油气开采和储运工程工业管道的焊缝质量检测中得到了应用和推广。自2000年西气东输工程中开始应用进口相控阵设备及技术以来，国产全自动超声波检测设备快速发展，越来越多的应用被于无损检测工程中。全自动超声波检测设备主要包括计算机、相控阵主机、自动扫查爬行器和相控阵探头组成，其中相控阵探头由多个压电晶片(如64、128、256甚至更多)组成。在相控阵主机与自动扫查爬行器之间有一根金属铠装线缆，根据检测工程不同线缆总长度在20
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30米范围。其内部包含多芯(多达128芯)相控阵信号传输线、网线、水管和电源线等。在检测过程中，金属铠装线缆与自动扫查爬行器需根据检测焊缝不同而经常搬运，在检测过程中，自动扫查爬行器沿管道上轨道拖拽金属铠装线缆进行周向运动。检测现场环境较为恶劣，长期使用过程中，由于线缆弯折、拉力作用、潮气腐蚀、震动等因素影响容易出现多芯相控阵信号传输线损伤、转接板以及插头、座相控阵线缆焊点失效，导致相控阵主机产生的激励信号无法正确传输至相控阵超声波探头，无法满足探伤需求，造成检测过程中缺陷漏检，从而引发运行期油气泄露和爆炸等安全事故。
[0003]传统的检测手段需要利用示波器和检测夹具对扫查爬行器上128个相控阵插座孔逐一判断，效率低下，无法在工程现场进行。一旦发现此类故障，均为事后发现，已经造成被检测管道焊缝质量检测结果的不确定性，形成巨大安全隐患。目前尚无可用于全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断的便携式检测装置。现有线缆故障诊断技术多以电气连通性检测为主，电气连通性即使通过检测也不一定完全表明信号经长距离传输后满足激励参数要求，难以适用于现场的多芯相控阵超声波检测设备线缆诊断。因此，设计一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法与装置，通过测试传输线远端相控阵插座处激励负方波脉冲脉宽及电压值的方法，替代单一的电气连通性评估方法，能有效评估相控阵超声波检测设备线缆传输的工作状态。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，包括全自动相控阵超声波检测设备，还包括：测试插头组、相控阵探头插座模块、衰减通道模块、FPGA芯片、译码器、多路选择模块、信号调理与采集模块、高速比较器模块及USB芯片接口，所述全自动相控超声波检测设备通过所述测试插头组连接所述相控阵探头插座模块，所述相控阵探头插座模块
连接所述衰减通道模块，所述衰减通道模块连接所述多路选择模块，所述多路选择模块分别连接所述信号调理与采集模块及高速比较器模块，所述信号调理与采集模块及高速比较器模块分别连接所述FPGA芯片，所述FPGA芯片分别连接所述译码器、多路选择模块及USB芯片接口，所述USB芯片接口连接所述全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置及外部计算机；
[0007]所述译码器用于增强FPGA芯片的驱动能力，减少FPGA IO口使用数目；
[0008]所述多路选择模块受所述FPGA芯片控制，用于将经过衰减通道后的64路相控阵通道顺序选择某一通道导通进行后续测量，按要求选通被测试的负方波电压信号；
[0009]所述信号调理与采集模块用于接收多路选择模块输出的负方波电压信号及FPGA芯片提供的时钟信号，并将负方波电压信号其转换为FPGA芯片能够识别的差分信号，传输给FPGA芯片进行采集记录；
[0010]所述高速比较器模块用于输出规则的方波信号，送至FPGA芯片进行脉冲宽度测量。
[0011]可选的，全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置还包括显示屏及100MHz恒温晶振，所述FPGA芯片分别连接所述显示屏及100MHz恒温晶振，所述显示屏用于显示检测结果，所述100MHz恒温晶振用于为FPGA脉宽测量提供稳定可靠的频率基准。
[0012]可选的，所述测试插头组包括测试插头A及测试插头B，两个测试插头由64芯测试线缆连接，两个测试插头分别连接相控阵探头插座模块与全自动相控阵超声波检测设备的探头插座。
[0013]可选的，所述衰减通道模块共计有64通道衰减电路，分为CH1～CH64，每道衰减电路包括衰减网络及补偿电容网络，所述衰减网络衰减比约50:1，所述补偿电容网络用于削减频率对于分压比的影响，所述衰减通道模块将全自动相控阵超声波检测设备获得的在
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50V～
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150V的相控阵超声波检测激发电压衰减为在
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3V～0V范围内的激励信号电压。
[0014]可选的，所述多路选择模块包括九个8:1多路选择器，CH1～CH64分别连接第一多路选择器至第八多路选择器，所述第一多路选择器至第八多路选择器连接第九多路选择器，所述FPGA芯片连接所述第九多路选择器，用于驱动第九多路选择器选通一个通道并分别输送到所述信号调理与采集模块及高速比较器模块。
[0015]可选的，所述信号调理与采集模块包括运算放大单元、单端转差分单元及高速ADC芯片，所述第九多路选择器连接运算放大单元，运算放大单元连接单端转差分单元，单端转差分单元及FPGA芯片连接高速ADC芯片，所述运算放大单元用于将
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3V～3V的输入电压范围转为
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1V～1V，所述单端转差分单元用于将转换后的
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1V～1V输入电压由单端信号转换为差分信号，所述FPGA芯片为高速ADC芯片提供采集时钟信号，并通过数据总线读取采集电压数据；
[0016]所述高速比较器模块有高速比较器、电压转换芯片及电荷泵芯片，所述高速比较器用于接收并处理所述第九多路选择器发出的信号，所述电压转换芯片用于将5V电压转换为2.5V后向电荷泵芯片供电，所述电荷泵芯片用于将2.5V电压转换为
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2.5V后向高速比较器供电。
[0017]本专利技术还提供了一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断方法，应用于上述全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，包括如下步骤：
[0018]步骤1：相控阵主机激励1
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32号晶片，负脉冲激励电压设置为100V，脉宽100ns；
[0019]步骤2：检测测试插头是否连接，若未连接，将测试插头A连接至全自动相控阵超声波检测设备的探头插座，测试插头B连接至相控阵探头插座A，若已连接，进行步骤3；
[0020]步骤3：负脉冲信号经过64通道衰减电路衰减；
[0021]步骤4：进入测试循环，初始变量i＝1，循环结束i＝64；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，包括全自动相控阵超声波检测设备，其特征在于，还包括：测试插头组、相控阵探头插座模块、衰减通道模块、FPGA芯片、译码器、多路选择模块、信号调理与采集模块、高速比较器模块及USB芯片接口，所述全自动相控超声波检测设备通过所述测试插头组连接所述相控阵探头插座模块，所述相控阵探头插座模块连接所述衰减通道模块，所述衰减通道模块连接所述多路选择模块，所述多路选择模块连接所述信号调理与采集模块及高速比较器模块，所述信号调理与采集模块及高速比较器模块连接所述FPGA芯片，所述FPGA芯片连接所述译码器、多路选择模块及USB芯片接口，所述USB芯片接口连接所述全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置及外部计算机；所述译码器用于增强FPGA芯片的驱动能力，减少FPGAIO口使用数目；所述多路选择模块受所述FPGA芯片控制，用于将经过衰减通道后的64路相控阵通道顺序选择某一通道导通进行后续测量，按要求选通被测试的负方波电压信号；所述信号调理与采集模块用于接收多路选择模块输出的负方波电压信号及FPGA芯片提供的时钟信号，并将负方波电压信号其转换为FPGA芯片能够识别的差分信号，传输给FPGA芯片进行采集记录；所述高速比较器模块用于输出规则的方波信号，送至FPGA芯片进行脉冲宽度测量。2.根据权利要求1所述的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，其特征在于，全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置还包括显示屏及100MHz恒温晶振，所述FPGA芯片分别连接所述显示屏及100MHz恒温晶振，所述显示屏用于显示检测结果，所述100MHz恒温晶振用于为FPGA脉宽测量提供稳定可靠的频率基准。3.根据权利要求1所述的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，其特征在于，所述测试插头组包括测试插头A及测试插头B，两个测试插头由64芯测试线缆连接，两个测试插头分别连接相控阵探头插座模块与全自动相控阵超声波检测设备的探头插座。4.根据权利要求1所述的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，其特征在于，所述衰减通道模块共计有64通道衰减电路，分为CH1～CH64，每道衰减电路包括衰减网络及补偿电容网络，所述衰减网络衰减比约50:1，所述补偿电容网络用于削减频率对于分压比的影响，所述衰减通道模块将全自动相控阵超声波检测设备获得的在
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50V～
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150V的相控阵超声波检测激发电压衰减为在
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3V～0V范围内的激励信号电压。5.根据权利要求4所述的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，其特征在于，所述多路选择模块包括九个8:1多路选择器，衰减通道模块的CH1～CH64分别连接第一多路选择器至第八多路选择器，所述第一多路选择器至第八多路选择器连接第九多路选择器，所述FPGA芯片连接所述第九多路选择器，用于驱动第九多路选择器选通一个通道并分别输送到所述信号调理与采集模块及高速比较器模块。6.根据权利要求5所述的全自动相控阵超声波检测设备线缆故障诊断装置，其特征在于，所述信号调理与采集模块包括运算放大单元、单端转差分单元及高速ADC芯片，所述第九多路选择器连接运算放大单元，运算放大单元连接单端转差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，李万军，王嘉星，孟凡涛，黄浩，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：