[發明專利]一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統

在審

• 申請號: 201810069599.2
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108488636A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 白志亮;陳世利;謝思捷;曾周末
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F17D5/06
• 分類號: F17D5/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

1.一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述檢測系統包括：

多通道信號發生器模塊，用于產生頻率可調、脈沖數可調、時延可控的聲波發射信號；

功率放大模塊，用于將聲波發射信號放大至高壓信號，并激勵換能器向介質中發射聲波信號；

聲回波接收模塊，用于接收聲波信號，包括：隔離限幅電路、壓控放大電路、AD采集電路；

核心主控板，為8層PCB結構，疊層順序為信號層、地層、信號層、地層、電源層、信號層、地層、信號層，在信號層之間增加底層屏蔽，所述核心主控板用于命令參數配置、采樣觸發、數字濾波、以及數據通信，包括：FPGA子模塊、以及USB2.0子模塊。

2.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，在功率放大模塊與壓控放大電路之間還設置有儲能模塊，

所述儲能模塊選用電容容值為3000μF的電解電容。

3.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述多通道信號發生器模塊采用AD9959芯片，由四個DDS內核構成基本信號生成單元，每個DDS內核提供獨立的頻率、相位和幅度編程；所有通道共享一個公共系統時鐘。

4.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述功率放大模塊采用OPA445兩級級聯方式放大電壓，通過無輸出電容直接耦合電路放大電流，經變壓器變阻和調諧匹配網絡與換能器相連。

5.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，

所述隔離限幅電路的接收端與換能器銜接處是由T/R開關和一對極性相反的二極管組成的發射限幅電路；

Q1到Q4選用MMBT2907貼片式三極管，Q1到Q4的集電極接一起之后連接放大電路；D1到D4選用BAV99開關二極管，T1到T4通道連接換能器，其余管腳懸空。

6.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述壓控放大電路選用了兩級級聯的AD605芯片，所述AD采集電路選用AD9216芯片。

7.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述FPGA子模塊選用Xilinx Spartan6LX45芯片，設計發射信號頻率為100KHz，AD采樣率為500KHz，位數為16位。

8.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述檢測系統還包括電源模塊，

所述電源模塊的前端是由開關電源集成變壓器與5A整流，輸出±40V雙電源，為功率放大模塊供電；

另一路40V通過LM2596降壓模塊輸出5V，作為各個數字和模擬芯片的總輸入，通過LM1117-XXX系列芯片，ADR4525，ADR130，MAX660組成電源網絡，為各個不同芯片供電。

9.根據權利要求1或7所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述FPGA子模塊上集成了各種外圍芯片的接口，主要包含與DDS模塊的接口、延時與脈沖個數控制的PWM波輸出接口、USB2.0控制接口、選通接口、增益控制接口、AD轉換模塊接口。

10.根據權利要求1所述的一種應用于淺灘掩埋管道超聲探測與定位的檢測系統，其特征在于，所述檢測系統還包括：基于LabVIEW的上位機設計，具體包括：

1)觸發/采樣；2)DDS設置；3)選通設置這三個任務；

三個任務有各自的異步外部觸發條件，LabVIEW有自身的措施保證三個外部觸發信號的互斥性，同一時刻有且只有一個觸發信號；

“觸發/采樣”任務會持續地判斷是否選擇了定時器觸發采樣，若打開了定時器，則一旦定時器溢出就會觸發一次采樣任務，而未溢出則會回到就緒狀態；

若關閉定時器，通過程序面板的按鍵觸發一次采樣，對得到的回波信號進行包絡檢波，并判斷其最大值是否在設定范圍內，若是，則回到就緒狀態等待下一次任務，若否，則改變相應的增益設置后再回到就緒狀態。