權(quán)利要求書： 1.一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：包括一阻尼匹配切換信號端RLY_DMP，該信號端的一端通過保護電阻R1電連接第一三極管組TA1；還包括一單雙晶控制信號端RLY_TRM，該信號端的一端通過保護電阻R2電連接第二三極管組TA2；

所述阻尼匹配切換信號端RLY_DMP和單雙晶控制信號端RLY_TRM另一端均電連接FPGA的控制引腳；

所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五個引腳；所述第一三極管組TA1的C1引腳和C2引腳分別電連接第二繼電器的L?控制引腳和第三繼電器的L?控制引腳，所述第二三極管組TA2的C1引腳電連接第一繼電器的L?控制引腳；

所述第一繼電器的CA控制引腳電連接第一晶元，且所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的L?控制引腳均電連接第一晶元；

所述第一繼電器的CB控制引腳電連接第二繼電器的CA控制引腳，且所述第二繼電器的CB控制引腳與所述第三繼電器的SA1控制引腳電連接第二晶元；

所述第一晶元電連接超聲波接收回路，且所述第二晶元電連接超聲波發(fā)射電路；

所述超聲波接收回路包括兩路并聯(lián)連接的第一路接收回路和第二路接收回路，且每一路的接收回路均由相向并聯(lián)連接的二極管和反射超聲波信號的初級前置放大器組成；

所述超聲波發(fā)射電路包括一驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動芯片U5，該驅(qū)動芯片U5的INA引腳電連接FPGA；所述驅(qū)動芯片U5的OUTA輸出引腳電連接產(chǎn)生負脈沖信號的MOS管Q1，且MOS管Q1的D端電連接驅(qū)動負脈沖信號的高壓驅(qū)動電路，且所述超聲波發(fā)射電路還包括保證負脈沖信號流向同向連接的二極管D7和二極管D8。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2內(nèi)部集成有共發(fā)射極的一對三極管Tr1和Tr2，且該一對三極管的基極之間設(shè)有分壓電阻R101和R102,所述三極管Tr1和Tr2的共發(fā)射極處電連接分壓電阻R101、R102之間的分壓點作為E引腳，且三極管Tr1和Tr2的基極分別通過電連接另一組保護電阻R103和R104分別作為B1引腳和B2引腳，且三極管Tr1和Tr2的集電極分別作為C1引腳和C2引腳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的均通過其SA1控制引腳級聯(lián)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：第一路接收回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R9，且第二路接收回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R16；

所述電阻R9與電阻R16的阻值不同，且第一路接收回路的初級前置放大器與第二路接收回路的初級前置放大器的放大倍數(shù)不同，且第一路接收回路與第二路接收回路的放大增益倍數(shù)也不同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：第一路接收回路輸出端的增益為?14.9db，第二路接收回路輸出端的增益為+11db。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，其特征在于：FPGA通過控制單雙晶控制信號端RLY_TRM和阻尼匹配切換信號端RLY_DMP，將第一三極管組TA1和第二三極管組TA2的管腳連通，進一步控制第一晶元與第二晶元。

說明書： 一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本實用新型涉及一種測量技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路。

背景技術(shù)[0002] 超聲波探傷儀根據(jù)超聲波的特性在探傷鋼板工件時,通過內(nèi)部電路激發(fā)超聲波探頭,探頭發(fā)出超聲波,超聲波在鋼板中傳播,當超聲波遇到缺陷時,超聲波就會反射回來形

成返回波,超聲波探傷儀接收返回波,通過電路把返回波放大,送入處理器進行處理,然后

在儀器的屏幕上顯示掃描，操作人員通過掃描判斷鋼板工件有無缺陷和缺陷類；

[0003] 目前超聲波探傷儀發(fā)射超聲波后，反饋回來的超聲波增益無法實現(xiàn)準確的增益回收供后續(xù)的處理模塊處理，使得增益無法達到FPGA等處理器的處理需求，最終回收的波形

無法準確的計算出探傷的準確度；

[0004] 其次，由于在一些情況下，超聲波探傷儀只需要發(fā)射超聲波，無需回收，從而節(jié)省一定的能耗，目前的超聲波探傷儀在單晶模式與雙晶模式的切換技術(shù)上還無法實現(xiàn)精準控

制，且會出現(xiàn)外接的探傷探頭與超聲波探傷儀不匹配的情況；

[0005] 現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)階段人們的需求，基于現(xiàn)狀，急需對現(xiàn)有技術(shù)進行改革。實用新型內(nèi)容

[0006] 本實用新型的目的在于提供一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

[0007] 本實用新型提供如下技術(shù)方案一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路，包括一包裝外殼，該包裝外殼的前側(cè)中間位置設(shè)有顯示超聲波形的顯示屏，且顯示屏的底部設(shè)有

操作面板，所述操作面板的最左側(cè)具有區(qū)域菜單按鍵，該區(qū)域菜單按鍵包括：用于增加增益

的db+鍵、用于減少增益的db?鍵、用于調(diào)整增益幅度的DB鍵、查看探頭頻率與探頭阻尼的

探頭參數(shù)鍵、用于選擇菜單翻頁功能的方向鍵和菜單鍵；所述菜單鍵包括設(shè)置鍵、校準鍵和

數(shù)據(jù)分析鍵；

[0008] 所述區(qū)域菜單按鍵右側(cè)設(shè)有上、下兩排快捷功能按鍵；其中，[0009] 所述上排快捷功能按鍵包括存儲探傷數(shù)據(jù)的探傷通道鍵，一個通道可以存儲一組探傷數(shù)據(jù)，則多個通道可預(yù)先測試并存儲多組不同的探傷設(shè)置數(shù)據(jù)；

[0010] 包括將回波位置大幅度左右移動且不改變回波之間的距離的延時抑制鍵；[0011] 包括增加或減少增益梯度的增益調(diào)節(jié)鍵，在每次增加或減少增益時，增益調(diào)節(jié)鍵用于改變每次調(diào)節(jié)的幅度；增益與回波幅度成正比，且與衰減成反比，增益加大則回波幅度

增高，衰減減小；增益減小則回波幅度降低，衰減加大；

[0012] 包括切換探傷視圖與工件模擬視圖的顯示切換鍵；[0013] 包括選擇直探頭、斜探頭、單晶探頭與雙晶探頭的探頭類型鍵；[0014] 包括選用進玻門與失波門的位置、寬度和高度的波門選擇鍵；[0015] 包括選用手動或自動零點測試的零點選擇鍵，零點用于測試探頭與探傷儀的固定聲波延時，延時可以使得回波位置大幅度左右移動，而不改變回波之間的距離，同時可以將

多余的波形移除；

[0016] 所述下排快捷功能按鍵包括將波門的門高線制作與DAC曲線形狀一致的DAC鍵，便于根據(jù)缺陷的當量值進行報警，解決單獨對波高進行報警的缺陷；

[0017] 所述下排快捷功能按鍵還包括：對同一增益時波門內(nèi)出現(xiàn)的最高波峰記憶的峰值記憶鍵、將屏幕固定于回波波峰界面的屏幕凍結(jié)鍵、根據(jù)三倍近場區(qū)校準的AG校準鍵、自

動調(diào)整增益，使門內(nèi)增益波高達到標準波高的自動增益鍵、放大顯示門內(nèi)回波參數(shù)的門內(nèi)

展寬鍵、對波門內(nèi)連續(xù)多個回波的峰值點進行記憶并連成一條包絡(luò)線的回波包絡(luò)鍵，該回

波包絡(luò)鍵能夠根據(jù)形狀找到缺陷的最高波，并且可以判斷缺陷的性質(zhì)。

[0018] 所述包裝外殼的側(cè)面設(shè)有連接電源的電源接口、高清HDMI接口、傳輸USB接口、網(wǎng)絡(luò)LAN接口；

[0019] 本實用新型超聲波的方向性好，頻率越高，方向性越好，以很狹小的波束向介質(zhì)中輻射，易于確定缺陷的位置，且夠準確的操作實現(xiàn)波長與缺陷的銜接，精準的調(diào)整波長距離

準確的探傷缺陷。

[0020] 所述包裝外殼內(nèi)部設(shè)有控制電路板，控制電路板上集成有單雙晶切換控制電路，該電路具有一阻尼匹配切換信號端RLY_DMP，該信號端的一端通過保護電阻R1電連接第一

三極管組TA1；還具有一單雙晶控制信號端RLY_TRM，該信號端的一端通過保護電阻R2電連

接第二三極管組TA2；

[0021] 所述阻尼匹配切換信號端RLY_DMP和單雙晶控制信號端RLY_TRM另一端均電連接FPGA的控制引腳；

[0022] 所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五個引腳，且所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2內(nèi)部集成有共發(fā)射極的一對三極管Tr1和Tr2，且該

一對三極管的基極之間設(shè)有分壓電阻R101和R102,所述三極管Tr1和Tr2的共發(fā)射極處電連

接分壓電阻R101、R102之間的分壓點作為E引腳，且三極管Tr1和Tr2的基極分別通過電連接

另一組保護電阻R103和R104分別作為B1引腳和B2引腳，且三極管Tr1和Tr2的集電極分別

作為C1引腳和C2引腳；

[0023] 所述第一三極管組TA1的C1引腳和C2引腳分別電連接第二繼電器的L?控制引腳和第三繼電器的L?控制引腳，所述第二三極管組TA2的C1引腳電連接第一繼電器的L?控制引

腳；

[0024] 所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的均通過其SA1控制引腳級聯(lián)連接；[0025] 所述第一繼電器的CA控制引腳電連接第一晶元，且所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的L?控制引腳均電連接第一晶元；

[0026] 所述第一繼電器的CB控制引腳電連接第二繼電器的CA控制引腳，且所述第二繼電器的CB控制引腳與所述第三繼電器的SA1控制引腳電連接第二晶元；

[0027] 所述第一晶元電連接超聲波接收回路，且所述第二晶元電連接超聲波發(fā)射電路；[0028] 所述超聲波接收回路包括兩路并聯(lián)連接的第一路接收回路和第二路接收回路，且每一路的接收回路均由相向并聯(lián)連接的二極管和反射超聲波信號的初級前置放大器組成；

其中，第一路接收回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R9，且第二路接收

回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R16，且電阻R9與電阻R16的阻值不

同，促使第一路接收回路的初級前置放大器與第二路接收回路的初級前置放大器的放大倍

數(shù)不同，所以使得第一路接收回路與第二路接收回路的放大增益倍數(shù)也不同，其中，第一路

接收回路輸出端的增益為?14.9db，第二路接收回路輸出端的增益為+11db,通過FPGA控制

第一路接收回路與第二路接收回路的關(guān)斷配合后續(xù)電路的增益調(diào)節(jié)，例如，若FPGA選擇打

開第一路接收回路關(guān)閉第二路接收回路，且后續(xù)電路輸出所需增益為+50db,則由于第一路

接收回路的輸出增益為?14.9，則后續(xù)電路中的GA需要調(diào)節(jié)+64.9db,而FPGA若選擇打開第

二路接收回路關(guān)閉第一路接收回路，GA只需要調(diào)節(jié)+49db即可；

[0029] 所述超聲波發(fā)射電路包括驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動芯片U5，該驅(qū)動芯片U5的INA引腳電連接FPGA；所述驅(qū)動芯片U5的OUTA輸出引腳電連接產(chǎn)生負脈沖信號的MOS管Q1，且MOS管

Q1的D端電連接驅(qū)動負脈沖信號的高壓驅(qū)動電路；所述超聲波發(fā)射電路還包括保證負脈沖

信號流向同向連接的二極管D7和二極管D8；

[0030] FPGA通過控制單雙晶控制信號端RLY_TRM的電平高低，并且結(jié)合阻尼匹配切換信號端RLY_DMP控制第一三極管組TA1和第二三極管組TA2的各個管腳連通，共同實現(xiàn)控制第

一晶元與第二晶元的工作模式；

[0031] 控制電路板上還集成有高壓驅(qū)動電路，所述高壓驅(qū)動電路具有一產(chǎn)生高壓的高壓電源模塊U24，該高壓電源模塊U24的IN引腳通過由電感L23、可調(diào)電容C149、可調(diào)電容C150

和電容C151組成的初級LC濾波電路加載電源；

[0032] 所述高壓電源模塊U24的ADJ引腳并聯(lián)連接電容C155到地，使得上電時延長ADJ引腳電壓的建立時間，實現(xiàn)軟啟動高壓的目的；

[0033] 所述高壓電源模塊U24的ADJ引腳分別通過保護電阻R74、保護電阻R75和保護電阻R76電連接MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的D端，且所述MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的G端均

電連接FPGA；

[0034] 所述高壓電源模塊U24的HOUT高壓輸出引腳通過二級LC濾波電路加載于MOS管Q1的D端；

[0035] 所述高壓電源模塊U24通過FPGA控制能夠產(chǎn)生50、100、200和400四種不同的電壓，目的是為了激勵第一晶元和第二晶元產(chǎn)生超聲波信號，不同的高壓，激勵探頭產(chǎn)生超

聲波的信號強弱不同，電壓越高，產(chǎn)生的超聲波信號越強。

[0036] 控制電路板上還集成有單轉(zhuǎn)雙增益電路，具有一固定6db的增益放大器，該放大器的正輸入端通過電感L5與隔直電容C23組成的LC濾波電路電連接超聲波接收回路的輸出

端；

[0037] 其中，所述增益放大器的一路OUT輸出端電連接GA1的P輸入端，且所述增益放大器的另一路OUT輸出端電連接GA1的N輸入端；所述增益放大器將輸入端的超聲波接收回路

反射信號轉(zhuǎn)換為差分增益信號輸出至GA1，有效的降低了超聲波反射信號的噪聲，且實現(xiàn)

了抑制超聲波發(fā)射電路中負脈沖的重復(fù)頻率；

[0038] 所述GA1串聯(lián)連接GA2,所述GA1與GA2的單個增益范圍均為?11.5db?36.5db，且所述GA2的OUTL、OUTH兩路增益輸出端通過ADC前級驅(qū)動電路電連接用于信號轉(zhuǎn)換的

ADC；所述ADC前級驅(qū)動電路包括一驅(qū)動放大器，該驅(qū)動放大器的正輸入端與負輸出端、負輸

入端與正輸出端分別設(shè)有反饋電阻R25和R31，且所述驅(qū)動放大器的兩路輸入端均電連接有

調(diào)整帶寬的RLC濾波電路，RLC濾波電路將GA2輸出端的帶寬調(diào)整至適合于ADC前級驅(qū)動電

路處理的帶寬。

[0039] 控制電路板上還集成有增益調(diào)節(jié)電路，包括一轉(zhuǎn)換模擬信號的DAC，該DAC的D端控制引腳電連接FPGA，DAC將FPGA的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制GA的模擬信號，通過該模擬信號控

制GA1與GA2進行增益調(diào)節(jié)；

[0040] 所述DAC的OUT輸出引腳電連接電壓調(diào)節(jié)范圍為?1到+1的第一增益放大器，且所述第一增益放大器的輸出端電連接電壓調(diào)節(jié)范圍為+0.04到+0.94的第二增益放大器，第

一增益放大器與第二增益放大器通過線性調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)增益放大，所述第二增益放大器的

輸出端通過開關(guān)U19電連接GA1和GA2；

[0041] 所述開關(guān)U19外接有兩路增益調(diào)節(jié)支路，其中，第一條增益調(diào)節(jié)支路為放大電壓為0.124的細調(diào)增益支路，第二條增益節(jié)支路為放大電壓為0.94的粗調(diào)增益支路；所述細調(diào)

增益支路和粗調(diào)增益支路均由2個分壓電阻并聯(lián)連接滑動變阻器、隔直電容組成，且粗調(diào)增

益支路均比細調(diào)增益支路中的分壓電阻阻值和隔直電容的容值大，這樣才使得調(diào)節(jié)的電壓

不同，從而放大的增益也不同。

[0042] 有益效果：本實用新型通過FPGA控制單雙晶控制信號端RLY_TRM，使得第一繼電器U1、第二繼電器U2和第三繼電器U3協(xié)同工作，實現(xiàn)單晶模式與雙晶模式的智能切換，對超聲

波發(fā)射電路和超聲波接收回路的精準控制，使得第一路接收回路輸出端的增益為?

14.9db，第二路接收回路輸出端的增益為+11db,通過FPGA控制第一路接收回路與第二路接

收回路的關(guān)斷配合后續(xù)電路的增益調(diào)節(jié)，并且通過FPGA控制阻尼匹配切換信號端RLY_DMP

控制阻尼切換，實現(xiàn)對外接不同阻抗探傷探頭的有效阻抗匹配。

附圖說明[0043] 圖1為本實用新型立體結(jié)構(gòu)示意圖；[0044] 圖2為本實用新型正面結(jié)構(gòu)示意圖；[0045] 圖3為本實用新型操作面板示意圖；[0046] 圖4為本實用新型工作過程框圖；[0047] 圖5為本實用新型單雙晶切換控制電路圖；[0048] 圖6為本實用新型第一三極管組TA1或第二三極管組TA2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；[0049] 圖7為本實用新型超聲波發(fā)射電路圖；[0050] 圖8為本實用新型超聲波接收回路圖；[0051] 圖9為本實用新型高壓驅(qū)動電路圖；[0052] 圖10(a)為本實用新型單轉(zhuǎn)雙增益電路的前端單轉(zhuǎn)雙部分電路圖；[0053] 圖10(b)為本實用新型單轉(zhuǎn)雙增益電路的GA控制部分電路圖；[0054] 圖11(a)為本實用新型ADC前級驅(qū)動電路圖；[0055] 圖11(b)為本實用新型ADC電路圖；[0056] 圖12(a)為本實用新型增益調(diào)節(jié)電路第一增益放大器電路圖；[0057] 圖12(b)為本實用新型增益調(diào)節(jié)電路述第二增益放大器電路圖；[0058] 圖12(c)為本實用新型增益調(diào)節(jié)電路增益調(diào)節(jié)支路電路圖；[0059] 圖13為本實用新型FPGA電路圖；[0060] 圖14為本實用新型單片機供電電路圖。具體實施方式[0061] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的

實施例。基于本實用新型中的領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所

有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

[0062] 第一方面，本實用新型提供一種超聲波探傷儀的單雙晶切換控制電路的實施例，闡述本實用新型的按鍵工作時所實現(xiàn)的功能；

[0063] 參考圖1?3，包括一包裝外殼，該包裝外殼的前側(cè)中間位置設(shè)有顯示超聲波形的顯示屏，且顯示屏的底部設(shè)有操作面板，所述操作面板的最左側(cè)具有區(qū)域菜單按鍵，該區(qū)域菜

單按鍵包括：用于增加增益的db+鍵、用于減少增益的db?鍵、用于調(diào)整增益幅度的DB鍵、查

看探頭頻率與探頭阻尼的探頭參數(shù)鍵、用于選擇菜單翻頁功能的方向鍵和菜單鍵；所述菜

單鍵包括設(shè)置鍵、校準鍵和數(shù)據(jù)分析鍵；

[0064] 所述區(qū)域菜單按鍵右側(cè)設(shè)有上、下兩排快捷功能按鍵；其中，[0065] 所述上排快捷功能按鍵包括存儲探傷數(shù)據(jù)的探傷通道鍵，一個通道可以存儲一組探傷數(shù)據(jù)，則多個通道可預(yù)先測試并存儲多組不同的探傷設(shè)置數(shù)據(jù)；包括將回波位置大幅

度左右移動且不改變回波之間的距離的延時抑制鍵；包括增加或減少增益梯度的增益調(diào)節(jié)

鍵，在每次增加或減少增益時，增益調(diào)節(jié)鍵用于改變每次調(diào)節(jié)的幅度；增益與回波幅度成正

比，且與衰減成反比，增益加大則回波幅度增高，衰減減小；增益減小則回波幅度降低，衰減

加大；包括切換探傷視圖與工件模擬視圖的顯示切換鍵；包括選擇直探頭、斜探頭、單晶探

頭與雙晶探頭的探頭類型鍵；包括選用進玻門與失波門的位置、寬度和高度的波門選擇鍵；

包括選用手動或自動零點測試的零點選擇鍵，零點用于測試探頭與探傷儀的固定聲波延

時，延時可以使得回波位置大幅度左右移動，而不改變回波之間的距離，同時可以將多余的

波形移除；

[0066] 所述下排快捷功能按鍵包括將波門的門高線制作與DAC曲線形狀一致的DAC鍵，便于根據(jù)缺陷的當量值進行報警，解決單獨對波高進行報警的缺陷；

[0067] 還包括：對同一增益時波門內(nèi)出現(xiàn)的最高波峰記憶的峰值記憶鍵、將屏幕固定于回波波峰界面的屏幕凍結(jié)鍵、根據(jù)三倍近場區(qū)校準的AG校準鍵、自動調(diào)整增益，使門內(nèi)增

益波高達到標準波高的自動增益鍵、放大顯示門內(nèi)回波參數(shù)的門內(nèi)展寬鍵、對波門內(nèi)連續(xù)

多個回波的峰值點進行記憶并連成一條包絡(luò)線的回波包絡(luò)鍵，該回波包絡(luò)鍵能夠根據(jù)形狀

找到缺陷的最高波，并且可以判斷缺陷的性質(zhì)。

[0068] 所述包裝外殼的側(cè)面設(shè)有連接電源的電源接口、高清HDMI接口、傳輸USB接口、網(wǎng)絡(luò)LAN接口；

[0069] 其中，在調(diào)節(jié)增益時，實則是調(diào)節(jié)回波幅度，本實用新型設(shè)置了四個增益調(diào)節(jié)檔位步長，分別為：增益0.1，表示調(diào)節(jié)步長按照0.1db進行增減；增益1.5，表示調(diào)節(jié)步長按照

1.5db進行增減；增益2.5，表示調(diào)節(jié)步長按照2.5db進行增減；增益4，表示調(diào)節(jié)步長按照4db

進行增減；增益6，表示調(diào)節(jié)步長按照6db進行增減；

[0070] 其中，在AG校準時，首先確定一個點波高，再通過距離波幅公式，計算出AG曲線上所有點高度；校準點在三倍近場區(qū)以內(nèi)，距離小于校準點距離的高度等于校準點高度，大

于的按衰減公式計算，校準點在三倍近場區(qū)以外，按上述衰減公式計算三倍近場區(qū)上的高

度為最大高度，三倍近場區(qū)內(nèi)均為最大高度，其余點按衰減公式根據(jù)校準波高計算；

[0071] 衰減公式： 計算，其中，x1、x2代表距離，h1、h2代表波幅。[0072] 近場區(qū)公式: 其中，S直探頭＝D2；S斜探頭＝D1×D2；N表示近場區(qū)；l表示波長；C表示波速；F表示探頭頻率；S表示探頭面積；D1、D2表示晶片尺寸。

[0073] 第二方面，本實用新型還公開了另一實施例，闡述控制電路板的組成、工作原理以及所實現(xiàn)的功能，用于支持上述第一方面的按鍵工作。

[0074] 參考圖5?6，所述包裝外殼內(nèi)部設(shè)有控制電路板，控制電路板上集成有單雙晶切換控制電路，該電路具有一阻尼匹配切換信號端RLY_DMP，該信號端的一端通過保護電阻R1電

連接第一三極管組TA1；還具有一單雙晶控制信號端RLY_TRM，該信號端的一端通過保護電

阻R2電連接第二三極管組TA2；所述阻尼匹配切換信號端RLY_DMP和單雙晶控制信號端

RLY_TRM另一端均電連接FPGA的控制引腳；

[0075] 所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五個引腳，且所述第一三極管組TA1和第二三極管組TA2內(nèi)部集成有共發(fā)射極的一對三極管Tr1和Tr2，且該

一對三極管的基極之間設(shè)有分壓電阻R101和R102,所述三極管Tr1和Tr2的共發(fā)射極處電連

接分壓電阻R101、R102之間的分壓點作為E引腳，且三極管Tr1和Tr2的基極分別通過電連接

另一組保護電阻R103和R104分別作為B1引腳和B2引腳，且三極管Tr1和Tr2的集電極分別

作為C1引腳和C2引腳；

[0076] 所述第一三極管組TA1的C1引腳和C2引腳分別電連接第二繼電器的L?控制引腳和第三繼電器的L?控制引腳，所述第二三極管組TA2的C1引腳電連接第一繼電器的L?控制引

腳；所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的均通過其SA1控制引腳級聯(lián)連接；所述第

一繼電器的CA控制引腳電連接第一晶元，且所述第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的

L?控制引腳均電連接第一晶元；所述第一繼電器的CB控制引腳電連接第二繼電器的CA控

制引腳，且所述第二繼電器的CB控制引腳與所述第三繼電器的SA1控制引腳電連接第二晶

元；

[0077] 所述第一晶元電連接超聲波接收回路，且所述第二晶元電連接超聲波發(fā)射電路；[0078] 參考圖8，所述超聲波接收回路包括兩路并聯(lián)連接的第一路接收回路和第二路接收回路，且每一路的接收回路均由相向并聯(lián)連接的二極管和反射超聲波信號的初級前置放

大器組成；其中，第一路接收回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R9，且第

二路接收回路的初級前置放大器的正輸入端并聯(lián)連接有一電阻R16，且電阻R9與電阻R16的

阻值不同，促使第一路接收回路的初級前置放大器與第二路接收回路的初級前置放大器的

放大倍數(shù)不同，所以使得第一路接收回路與第二路接收回路的放大增益倍數(shù)也不同，其中，

第一路接收回路輸出端的增益為?14.9db，第二路接收回路輸出端的增益為+11db,通過

FPGA控制第一路接收回路與第二路接收回路的關(guān)斷配合后續(xù)電路的增益調(diào)節(jié)，例如，若

FPGA選擇打開第一路接收回路關(guān)閉第二路接收回路，且后續(xù)電路輸出所需增益為+50db,

則由于第一路接收回路的輸出增益為?14.9，則后續(xù)電路中的GA需要調(diào)節(jié)+64.9db,而FPGA

若選擇打開第二路接收回路關(guān)閉第一路接收回路，GA只需要調(diào)節(jié)+49db即可；

[0079] 參考圖7，所述超聲波發(fā)射電路包括驅(qū)動脈沖信號的驅(qū)動芯片U5，該驅(qū)動芯片U5的INA引腳電連接FPGA；所述驅(qū)動芯片U5的OUTA輸出引腳電連接產(chǎn)生負脈沖信號的MOS管Q1，

且MOS管Q1的D端電連接驅(qū)動負脈沖信號的高壓驅(qū)動電路；所述超聲波發(fā)射電路還包括保證

負脈沖信號流向同向連接的二極管D7和二極管D8；

[0080] FPGA通過控制單雙晶控制信號端RLY_TRM的電平高低，并且結(jié)合阻尼匹配切換信號端RLY_DMP控制第一三極管組TA1和第二三極管組TA2的各個管腳連通，共同實現(xiàn)控制第

一晶元與第二晶元的工作模式；

[0081] 參考圖5，阻尼匹配切換信號端RLY_DMP控制阻尼切換：[0082] (1)當阻尼匹配切換信號端RLY_DMP為低電平時,第一三極管組TA1的C2管腳沒有拉低，則第三繼電器U3的線圈不通電，此時，CB引腳連接SB0引腳，且CA引腳連接SA0引腳，

則輸出阻尼為402R；

[0083] (2)當阻尼匹配切換信號端RLY_DMP為高電平時，第一三極管組TA1的C2管腳被拉低，則第三繼電器U3線圈通電，此時，CB引腳連接SB1引腳，且CA引腳接SA1引腳，此時電阻

57R和402R并聯(lián)，則輸出阻尼為49.9R；

[0084] 阻尼匹配切換信號端RLY_DMP選擇高電平或者低電平輸出是根據(jù)外接探頭的阻抗決定的，由于外接探頭的阻抗有400歐姆和50歐姆，所以當外接探頭為400歐姆時，則阻尼匹

配切換信號端RLY_DMP為低電平，當外接探頭為50歐姆時，則阻尼匹配切換信號端RLY_DMP

為高電平；

[0085] 當單雙晶控制信號端RLY_TRM為低電平時，第一三極管組TA1的C1管腳和第二三極管組TA2的C2管腳均沒有被拉低，則第一繼電器U1和第二繼電器U2的線圈不通電，則第一繼

電器U1和第二繼電器U2都不工作，此時第一晶元與第二晶元頭導(dǎo)通，進入單晶模式；

[0086] 在單晶模式下，第一晶元不工作，第二晶元單獨工作，F(xiàn)PGA通過加載脈沖到驅(qū)動芯片U5，驅(qū)動芯片U5驅(qū)動MOS管Q1產(chǎn)生負脈沖，由于探頭發(fā)射超聲波的距離與MOS管Q1的驅(qū)動

電壓有關(guān)，驅(qū)動電壓越大，第二晶元連接的探頭發(fā)射的超聲波就越長，所以MOS管Q1的D端

電連接驅(qū)動負脈沖信號的高壓驅(qū)動電路，通過高壓驅(qū)動電路產(chǎn)生不同的高電壓調(diào)整探頭反

射不同距離的超聲波；

[0087] 當單雙晶控制信號端RLY_TRM為高電平時，第一三極管組TA1的C1管腳和第二三極管組TA2的C2管腳均被拉低，則第一繼電器U1和第二繼電器U2的內(nèi)部線圈均通電，但第一繼

電器U1和第二繼電器U2彼此之間是斷開的，則第一繼電器U1和第二繼電器U2都開始工作。

此時第一晶元與第二晶元進入雙晶模式；

[0088] 在雙晶模式下，第一晶元負責接收，第二晶元負責發(fā)射，由于第一繼電器U1和第二繼電器U2彼此之間是斷開的，所以第二晶元連接的負高壓脈沖無法通過第二繼電器U2到達

第一繼電器U1，所以第二晶元通過超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波，第一晶元通過第一路接收

回路或者第二路接收回路接收超聲波。

[0089] 參考圖9，控制電路板上還集成有高壓驅(qū)動電路，所述高壓驅(qū)動電路具有一產(chǎn)生高壓的高壓電源模塊U24，該高壓電源模塊U24的IN引腳通過由電感L23、可調(diào)電容C149、可調(diào)

電容C150和電容C151組成的初級LC濾波電路加載電源；所述高壓電源模塊U24的ADJ引腳

并聯(lián)連接電容C155到地，使得上電時延長ADJ引腳電壓的建立時間，實現(xiàn)軟啟動高壓的目

的；

[0090] 所述高壓電源模塊U24的ADJ引腳分別通過保護電阻R74、保護電阻R75和保護電阻R76電連接MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的D端，且所述MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的G端均

電連接FPGA；所述高壓電源模塊U24的HOUT高壓輸出引腳通過二級LC濾波電路加載于MOS

管Q1的D端；所述高壓電源模塊U24通過FPGA控制能夠產(chǎn)生50、100、200和400四種不同

的電壓，目的是為了激勵第一晶元和第二晶元產(chǎn)生超聲波信號，不同的高壓，激勵探頭產(chǎn)生

超聲波的信號強弱不同，電壓越高，產(chǎn)生的超聲波信號越強，相應(yīng)的，電壓越低，產(chǎn)生的超聲

波信號越弱；但是，在不同需求情況下，并非電壓越高且產(chǎn)生的超聲波信號越遠越好，需要

根據(jù)待測物體的厚度適當?shù)倪x擇電壓，產(chǎn)生合適的超聲波，才能使得超聲波發(fā)射到合適的

距離；

[0091] FPGA通過HSEL引腳發(fā)送指令控制MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4之間的打開與關(guān)閉組合使得高壓電源模塊U24產(chǎn)生不同的電壓；且MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的發(fā)送指令的

引腳分別為HSEL2、HSEL1和HSEL0；

[0092] FPGA通過HSEL引腳發(fā)送的指令與輸出的電壓關(guān)系見下表：[0093] HSEL[2?0] HOUTPUT()000 400

100 200

010 100

001 50

[0094] 當MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4全部關(guān)閉時，輸出的電壓為400；[0095] 當MOS管Q2打開，且MOS管Q3和MOS管Q4關(guān)閉時，輸出的電壓為200；[0096] 當MOS管Q3打開，且MOS管Q2和MOS管Q4關(guān)閉時，輸出的電壓為100；[0097] 當MOS管Q4打開，且MOS管Q2和MOS管Q3關(guān)閉時，輸出的電壓為50。[0098] 由此可見FPGA通過控制MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4不同組合式的打開與關(guān)閉，有效實現(xiàn)了電壓由低到高依次為50、100、200和400四種不同的電壓，使得探頭能夠根據(jù)

鋼板的厚度合理的進行選擇電壓，合理的發(fā)射超聲波信號距離，一方面有效的節(jié)省了能量

損耗，另一方面合理的探傷距離也能夠使得返回的超聲波數(shù)據(jù)更加準確。

[0099] 參考圖10(a)、圖10(b)控制電路板上還集成有單轉(zhuǎn)雙增益電路，具有一固定6db的增益放大器，該放大器的正輸入端通過電感L5與隔直電容C23組成的LC濾波電路電連接

超聲波接收回路的輸出端；

[0100] 其中，所述增益放大器的一路OUT輸出端電連接GA1的P輸入端，且所述增益放大器的另一路OUT輸出端電連接GA1的N輸入端；所述增益放大器將輸入端的超聲波接收回路

反射信號轉(zhuǎn)換為差分增益信號輸出至GA1，有效的降低了超聲波反射信號的噪聲，且實現(xiàn)

了抑制超聲波發(fā)射電路中負脈沖的重復(fù)頻率；

[0101] 參考圖11(a)，所述GA1串聯(lián)連接GA2,所述GA1與GA2的單個增益范圍均為?11.5db?36.5db，且所述GA2的OUTL、OUTH兩路增益輸出端通過ADC前級驅(qū)動電路電連接用

于信號轉(zhuǎn)換的ADC；所述ADC前級驅(qū)動電路包括一驅(qū)動放大器，該驅(qū)動放大器的正輸入端與

負輸出端、負輸入端與正輸出端分別設(shè)有反饋電阻R25和R31，且所述驅(qū)動放大器的兩路輸

入端均電連接有調(diào)整帶寬的RLC濾波電路，RLC濾波電路將GA2輸出端的帶寬調(diào)整至適合于

ADC前級驅(qū)動電路處理的帶寬；

[0102] 參考圖11(b)，所述ADC的D數(shù)字信號控制引腳電連接FPGA,ADC把超聲波反射回來的的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給FPGA處理；GA1配合GA2對超聲波反射信號進行增益

放大，且放大增益的動態(tài)范圍可達到?23db?73db,使得返回的信號達到可以接受的范圍,

其中，增益在調(diào)節(jié)過程中，GA1的P、N輸出端與GA2的正負P、N輸入端對調(diào)，且GA2的OUTL、

OUTH輸出端與ADC的正負N+、N?輸入端對調(diào)。

[0103] 參考圖12(a)、圖12(b)和圖13，控制電路板上還集成有增益調(diào)節(jié)電路，包括一轉(zhuǎn)換模擬信號的DAC，該DAC的D端控制引腳電連接FPGA，DAC將FPGA的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為控制GA的

模擬信號，通過該模擬信號控制GA1與GA2進行增益調(diào)節(jié)；所述DAC的OUT輸出引腳電連接

電壓調(diào)節(jié)范圍為?1到+1的第一增益放大器，且所述第一增益放大器的輸出端電連接電壓

調(diào)節(jié)范圍為+0.04到+0.94的第二增益放大器，第一增益放大器與第二增益放大器通過線

性調(diào)節(jié)電壓實現(xiàn)增益放大，所述第二增益放大器的輸出端通過開關(guān)U19電連接GA1和

GA2；

[0104] 參考圖12(c)，所述開關(guān)U19外接有兩路增益調(diào)節(jié)支路，其中，第一條增益調(diào)節(jié)支路為放大電壓為0.124的細調(diào)增益支路，第二條增益節(jié)支路為放大電壓為0.94的粗調(diào)增益

支路；所述細調(diào)增益支路和粗調(diào)增益支路均由2個分壓電阻并聯(lián)連接滑動變阻器、隔直電容

組成，且粗調(diào)增益支路均比細調(diào)增益支路中的分壓電阻阻值和隔直電容的容值大，這樣才

使得調(diào)節(jié)的電壓不同，從而放大的增益也不同；開關(guān)U19根據(jù)第一增益放大器和第二增益放

大器的增益放大情況，通過GA1與GA2配合細調(diào)增益支路、粗調(diào)增益支路選擇性的實現(xiàn)0?

48db、48?96db的兩種增益范圍的放大；當開關(guān)U19選擇GA1或者GA2放大的增益與ADC前級

驅(qū)動電路所需的增益相差較大時，則開關(guān)U19打開S1引腳，采用粗調(diào)增益支路進行調(diào)節(jié)增益

的放大，同樣的，當開關(guān)U19選擇GA1或者GA2放大的增益與ADC前級驅(qū)動電路所需的增益

相差較小時，則開關(guān)U19打開S3引腳，采用細調(diào)增益支路進行調(diào)節(jié)增益的放大；

[0105] 參考圖14，所述控制電路板上還集成有單片機，所述單片機單獨電連接操作面板，且單片機設(shè)有獨立供電電路，該供電電路設(shè)有第一MOS開關(guān)管和第二MOS開關(guān)管，其中，所述

第一MOS開關(guān)管的基極電連接單片機的供電控制端，且所述第一MOS開關(guān)管的集電極電連接

第二MOS開關(guān)管的基極，所述第二MOS開關(guān)管的集電極通過由電感L35并聯(lián)連接電容C254組

成的LC濾波電路電連接供電芯片U43，單片機通過控制供電電路單獨給操作面板供電，當操

作面板的按鍵亮起時，F(xiàn)PGA與其他的控制電路可以睡眠，這樣有效的節(jié)約的能耗。

[0106] 參考圖4，上述是各電路的具體工作效應(yīng)，本實用新型的總體工作原理為：FPGA控制高壓電源模塊驅(qū)動，發(fā)射固定頻率的負高壓脈沖，通過負高壓脈沖驅(qū)動超聲波探頭內(nèi)的

晶元，讓探頭發(fā)射固定頻率的超聲波。將超聲波打入有缺陷的鋼板內(nèi)，超聲波在鋼板內(nèi)傳

播，遇到缺陷，聲波進行反射，反射的聲波通過接收回路進入電路板的前置放大器，由于超

聲波的反射信號非常弱，所以通過前置放大器的信號需要通過增益放大器，對返回信號進

行放大，使之能夠放大到增益可以接收的信號。然后放大后的信號，進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模

擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后進入FPGA進行信號處理，把處理后的信號傳到ARM處理器中，

通過顯示器顯示出反射波的波形，波形信號的強弱需要FPGA控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器，然后數(shù)模轉(zhuǎn)

換器輸出的模擬信號使超聲波的反射信號放大，單片機通過計算可以在顯示屏上顯示缺陷

波形的形狀、位置等信息。

[0107] 盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進

行等同替換,凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)

包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。