一种基于线性调频技术的超声波发生器及采用该超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法

摘要

一种基于线性调频技术的超声波发生器及采用该超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法，涉及焊接结构质量检测技术领域。本发明解决了现有超声检测信号发生装置产生的超声信号传播距离短，对大厚度超金属件焊缝的小缺陷检出能力差的问题。本发明的线性调频信号发生电路由第一控制单元、第二控制单元和上位机产生线性调频信号，并将产生的脉冲信号发射至金属工件的焊缝对待测金属工件进行检测，采用超声波采集装置对经金属工件焊缝反射出的超声波信号进行采集，利用上位机对接收到的超声波信号进行匹配滤波，获得金属焊缝缺陷位置。本发明适用于焊接结构质量检测技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接结构质量检测技术领域。 

背景技术

随着工业生产的高速发展，大厚度焊接结构广泛应用于锅炉、压力容器、造船等领域，由于这些结构常处于高温、高压或者高载荷等极端环境，因此对其焊接质量要求较高，以防发生事故。作为质量控制方法之一的超声检测技术，在大厚度焊接结构的检测中占有重要地位。 

然而，对于大厚度焊接结构的超声检测，由于超声信号传播距离短以及焊缝组织的影响，使得对小缺陷的检出能力较差，不利于焊接结构的质量评价。 

发明内容

本发明为了解决现有超声检测信号发生装置产生的超声信号传播距离短，对大厚度超金属件焊缝的小缺陷检出能力差的问题，提出了一种基于线性调频技术的超声波发生器及采用该超声波发生器检测焊缝缺陷的方法。 

本发明所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器，该超声波发生器由上位机、第一控制单元、线性调频信号发生电路、第二控制单元、功率放大电路和超声波转换电路组成； 

上位机的第一控制单元控制信号输出端连接第一控制单元的控制信号输入端，第一控制单元的控制信号输出端连接线性调频信号发生电路的一号控制信号输入端，上位机的调频信号控制信号输出端连接线性调频信号发生电路的二号控制信号输入端，上位机的第二控制信号输出端连接第二控制电单元的控制信号输入端，第二控制单元的控制信号输出端连接线性调频信号发生电路的三号控制信号输入端，线性调频信号发生电路的线性调频信号输出端连接功率放大电路的线性调频信号输入端，功率放大电路的放大后信号输出端连接超声波转换电路的超声波信号输入端； 

第一控制单元用于控制线性调频信号发生电路产生的脉冲信号的占空比； 

第二控制单元于控制线性调频信号发生电路产生的脉冲信号的脉冲宽度； 

采用上述一种基于线性调频技术的超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法，该方法的具体步骤为： 

步骤一、上位机进行初始化，同时对第一控制单元、第二控制单元和线性调频信号发生电路进行初始化参数设置； 

步骤二、第一控制单元将脉冲信号的占空比控制信号发送至线性调频信号发生电路；第二控制单元将脉冲信号的宽度控制信号发送至线性调频信号发生电路； 

步骤三、线性调频信号发生电路接收到第一控制单元和第二控制单元发送的控制信号，产生线性调频脉冲信号，并将产生的线性调频脉冲信号传递给功率放大电路； 

步骤四、功率放大电路对接收到的线性调频脉冲信号进行功率放大后发送至超声波转换电路； 

步骤五、超声波转换电路将接收到的线性调频脉冲信号进行压电转换，获得超声波信号，将该超声波信号对准待测金属工件的焊缝，开始对待测金属工件进行检测； 

步骤六、采用超声波采集装置对经金属工件焊缝反射出的超声波信号进行采集，并将采集的超声波信号传递给上位机； 

步骤七、上位机对接收到的超声波信号进行匹配滤波，获得金属焊缝缺陷曲线图； 

步骤八、根据获得的金属焊缝缺陷曲线图，获得金属焊缝缺陷位置，完成一次金属焊缝缺陷的检测。 

本发明用于对厚度在0-200mm范围内的金属焊缝的检测，本发明采用基于线性调频技术的超声波发生器获得的超声波的传播距离与现有超声波发生器获得超声波的传播距离同比提高20％，采用本发明超声波发生器获得的超声波信号提高了对大厚度金属焊接结构缺陷的识别，识别精度与现有装置相比提高了30％。 

附图说明

图1为本发明所述一种基于线性调频技术的超声波发生器的结构示意图； 

图2为采用从低频到高频的扫频方式时超声检测信号的时间与频率的关系曲线图；图中t1表示脉冲宽度，单位ms，t2表示脉冲间隔，单位为ms，F1表示调频下限，单位为MHz，F2表示调频上限，单位为MHz； 

图3为采用从高频到低频的扫频方式时超声检测信号的时间与频率的关系曲线图； 

图中t3表示脉冲宽度，单位ms，t4表示脉冲间隔，单位为ms，F3表示调频下限，单位为MHz，F4表示调频上限，单位为MHz。 

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所一种基于线性调频技术的超声波发生器，该超声波发生器由上位机1、第一控制单元2、线性调频信号发生电路3、第二控制单元4、功率放大电路5和超声波转换电路6组成； 

上位机1的第一控制单元控制信号输出端连接第一控制单元2的控制信号输入端，第一控制单元2的控制信号输出端连接线性调频信号发生电路3的一号控制信号输入端，上位机1的调频信号控制信号输出端连接线性调频信号发生电路3的二号控制信号输入端，上位机1的第二控制信号输出端连接第二控制电单元4的控制信号输入端，第二控制单元4的控制信号输出端连接线性调频信号发生电路3的三号控制信号输入端，线性调频信号发生电路3的线性调频信号输出端连接功率放大电路5的线性调频信号输入端，功率放大电路5的放大后信号输出端连接超声波转换电路6的超声波信号输入端； 

第一控制单元2用于控制线性调频信号发生电路3产生的脉冲信号的占空比； 

第二控制单元4用于控制线性调频信号发生电路3产生的脉冲信号的脉冲宽度。 

本实施方式所述的超声波发生器的体积小，偏于携带，在现场使用方便；同时，该超声波发生器因体积较小能够嵌入到现有的超声检测设备中，使原有设备在线性调频信号的激励下进行检测。 

本实施方式所述的信号发生装置能够产生一定电压、一定功率的线性调频信号，并将该信号加在超声波传感器上。 

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器的进一步说明，线性调频信号发生电路3采用型号为AD9910的芯片实现。 

具体实施方式三：实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器的进一步说明，超声波转换电路6采用超声直探头、超声斜探头、超声聚焦探头、超声带曲率探头或超声表面波探头。 

具体实施方式四：采用具体实施方式一所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法，该方法的具体步骤为： 

步骤一、上位机1进行初始化，同时对第一控制单元2、第二控制单元4和线性调频信号发生电路3进行初始化参数设置； 

步骤二、第一控制单元2将脉冲信号的占空比控制信号发送至线性调频信号发生电路3；第二控制单元4将脉冲信号的宽度控制信号发送至线性调频信号发生电路3； 

步骤三、线性调频信号发生电路3接收到第一控制单元2和第二控制单元4发送的控制信号，产生线性调频脉冲信号，并将产生的线性调频脉冲信号传递给功率放大电路5； 

步骤四、功率放大电路5对接收到的线性调频脉冲信号进行功率放大后发送至超声波转换电路6； 

步骤五、超声波转换电路6将接收到的线性调频脉冲信号进行压电转换，获得超声波 信号，将该超声波信号对准待测金属工件的焊缝，开始对待测金属工件进行检测； 

步骤六、采用超声波采集装置对经金属工件焊缝反射出的超声波信号进行采集，并将采集的超声波信号传递给上位机； 

步骤七、上位机对接收到的超声波信号进行匹配滤波，获得金属焊缝缺陷曲线图； 

步骤八、根据获得的金属焊缝缺陷曲线图，获得金属焊缝缺陷位置，完成一次金属焊缝缺陷的检测。 

具体实施方式五：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法的进一步说明，步骤二中所述的对金属工件的焊缝进行扫频的方式为从低频到高频的方式或从高频到低频的方式。 

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法的进一步说明，步骤三中所述的获得线性调频脉冲信号的调频范围为0Hz-20MHz。 

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于线性调频技术的超声波发生器检测金属焊缝缺陷的方法的进一步说明，步骤三中所述的获得线性调频脉冲信号，脉冲宽度为1μs至1ms，脉冲间隔大于1ms。 

本发明所述的上位机采用运行在PC机和Mac机的桌面操作系统：Mac OS X或Linux发行版(如Debian，Ubuntu，Linux Mint，openSUSE，Fedora等)、Windows XP、Windows Vista、Windows7或Windows8；运行在嵌入式领域常用的操作系统：嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks；运行在智能手机或平板电脑等消费电子产品的操作系统：Android、iOS、Symbian、Windows Phone或BlackBerry OS。