一種用于基樁超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于超聲波基粧完整性檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于基粧超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置及方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]目前建筑領(lǐng)域廣泛采用粧基結(jié)構(gòu)，粧基的完整性對建筑物的安全有很重要的影響，聲波透射法檢測是當(dāng)今粧基完整性檢測中應(yīng)用最為廣泛的方法之一。該方法是將多個(gè)聲波探頭分別放入預(yù)埋的平行聲測管內(nèi)，一個(gè)探頭發(fā)射，其余探頭接收；探頭將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過濾波、放大、A/D采樣處理后得到數(shù)字信號(hào)波形，最后通過分析該信號(hào)波形判斷兩個(gè)探頭之間的混凝土質(zhì)量。目前的超聲波基粧完整性檢測設(shè)備在一次檢測過程中使用固定的信號(hào)放大倍數(shù)，讓信號(hào)波形的峰值略小于A/D采樣量程，以期在不丟失信號(hào)的前提下，獲得盡可能大的A/D轉(zhuǎn)換精度。該方法的弊端有:(1)在現(xiàn)場測試時(shí)，通常無法準(zhǔn)確預(yù)估信號(hào)波形的峰值大小，容易出現(xiàn)放大倍數(shù)過大導(dǎo)致信號(hào)峰值超出A/D量程或者放大倍數(shù)過小導(dǎo)致進(jìn)入A/D的信號(hào)太小，信號(hào)無法清晰表述等問題；(2)由于該方法是根據(jù)整個(gè)信號(hào)波形峰值調(diào)整放大倍數(shù)，因此在整個(gè)信號(hào)波形中的微弱信號(hào)部分A/D轉(zhuǎn)換精度較低，容易丟失重要的判決信息，甚至產(chǎn)生較大的A/D轉(zhuǎn)換誤差，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確辨別基粧質(zhì)量。
[0003]超聲波基粧完整性檢測方法要求的A/D采樣頻率一般在1MHz以上，而目前可編程增益放大器的響應(yīng)和穩(wěn)定時(shí)間大約在幾微秒以上，無法單獨(dú)直接替換現(xiàn)有聲波透射法檢測中的放大模塊，用于超聲波基粧完整性檢測設(shè)備中。
[0004]因此，有必要設(shè)計(jì)一種用于基粧超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出一種用于基粧超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置及方法，實(shí)現(xiàn)通道放大倍數(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)智能調(diào)整，獲得盡可能大的A/D轉(zhuǎn)換精度，從而提高基粧質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確性。
[0006]本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于基粧超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置，包括濾波電路、三路可編程增益放大器、一路固定增益放大電路、一個(gè)四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和智能放大控制模塊；
[0008]所述三路可編程增益放大器和一路固定增益放大電路的輸入端均與濾波電路的輸出端相連；三路可編程增益放大器和一路固定增益放大電路的四個(gè)輸出端分別與四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的四個(gè)輸入端相連；四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的四個(gè)輸出端分別與智能放大控制模塊的四個(gè)輸入端相連；智能放大控制模塊的三個(gè)輸出端分別與三路可編程增益放大器的控制端相連；
[0009]所述濾波電路用于對前端超聲波信號(hào)接收電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行帶通濾波；
[0010]所述三路可編程增益放大器用于根據(jù)智能放大控制模塊輸出的放大系數(shù)，對濾波電路輸入的電信號(hào)進(jìn)行放大，并送入四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0011]所述一路固定增益放大電路用于對濾波電路輸入的電信號(hào)進(jìn)行放大，并送入四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路；
[0012]所述四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路用于分別對三路可編程增益放大器和一路固定增益放大電路輸入的模擬電信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的四路數(shù)字信號(hào)輸入智能放大控制模塊；
[0013]所述智能放大控制模塊用于接收由四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入的數(shù)字信號(hào)，對各個(gè)采樣時(shí)間段獲取的信號(hào)進(jìn)行分析、處理和合成，最終輸出完整的波形數(shù)據(jù)，此完整的波形數(shù)據(jù)為與超聲波信號(hào)接收電路輸出的電信號(hào)波形相對應(yīng)的波形數(shù)據(jù)；并依據(jù)當(dāng)前采樣時(shí)間段接收到的數(shù)字信號(hào)的特征調(diào)整三路可編程增益放大器的放大系數(shù)。
[0014]所述智能放大控制模塊對各個(gè)采樣時(shí)間段獲取的信號(hào)進(jìn)行分析和處理是指是指:下述工作步驟的步驟三中，智能放大控制模塊對當(dāng)前采樣通道輸出的信號(hào)進(jìn)行分析，若信號(hào)峰值不等于最大量程值，說明信號(hào)峰值未超過量程，則將該信號(hào)除以該通道的可編程增益放大器的放大系數(shù)，得到該采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)；若信號(hào)峰值等于最大量程值，則將固定增益放大電路輸出的信號(hào)除以固定增益放大電路模塊預(yù)設(shè)的放大系數(shù)，得到該采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)；步驟四中，智能放大控制模塊基于線性預(yù)測算法對當(dāng)前采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)變化趨勢進(jìn)行分析，預(yù)測在下一個(gè)采樣時(shí)間段中的信號(hào)變化趨勢；
[0015]所述智能放大控制模塊對各個(gè)采樣時(shí)間段獲取的信號(hào)進(jìn)行合成是指:智能放大控制模塊將各個(gè)采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)按采樣時(shí)間進(jìn)行合成，最終形成完整的波形數(shù)據(jù)；
[0016]上述用于基粧超聲波檢測設(shè)備的信號(hào)智能放大裝置，采用如下工作步驟對超聲波接收電信號(hào)進(jìn)行智能放大:
[0017]步驟一:依據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估超聲波接收電信號(hào)的初始大小，通過智能放大控制模塊設(shè)置三路可編程增益放大器的放大系數(shù):設(shè)置其中一路可編程增益放大器的放大系數(shù)，使其輸出的信號(hào)峰值處于四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的最大量程值的二分之一到最大量程值之間，此可編程增益放大器所在的采樣通道設(shè)置為當(dāng)前采樣通道；設(shè)置另外兩路可編程增益放大器的放大系數(shù)分別為此可編程增益放大器的放大系數(shù)的兩倍和二分之一；
[0018]依據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)估整個(gè)超聲波接收電信號(hào)的峰值大小，通過智能放大控制模塊預(yù)設(shè)固定增益放大電路的放大系數(shù)，使其輸出的整個(gè)超聲波接收電信號(hào)的峰值處于四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的最大量程值的五分之四到最大量程值之間；
[0019]步驟二:智能放大控制模塊從四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路獲取一組四路信號(hào)，采樣時(shí)間長度大于或等于可編程增益放大器進(jìn)行放大系數(shù)調(diào)整所需的響應(yīng)和穩(wěn)定時(shí)間；
[0020]步驟三:智能放大控制模塊對當(dāng)前采樣通道輸出的信號(hào)進(jìn)行分析，若信號(hào)峰值不等于最大量程值，說明信號(hào)峰值未超過量程，則將該信號(hào)除以該通道的可編程增益放大器的放大系數(shù)，得到該采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)；若信號(hào)峰值等于最大量程值，則將固定增益放大電路輸出的信號(hào)除以固定增益放大電路模塊預(yù)設(shè)的放大系數(shù)，得到該采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)；
[0021]步驟四:智能放大控制模塊對該采樣時(shí)間段的最終輸出數(shù)字信號(hào)變化趨勢進(jìn)行分析，預(yù)測在下一個(gè)采樣時(shí)間段中的信號(hào)變化趨勢；
[0022]若預(yù)測下一個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)前采樣通道輸出的信號(hào)峰值依然在四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的最大量程值的二分之一到最大量程值之間，則不改變?nèi)房删幊淘鲆娣糯笃鞯姆糯笙禂?shù)，仍將當(dāng)前采樣通道設(shè)置為下一采樣時(shí)間段內(nèi)的當(dāng)前采樣通道；
[0023]若預(yù)測下一個(gè)采樣時(shí)間段內(nèi)，當(dāng)前采樣通道輸出的信號(hào)峰值將會(huì)減少到四通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的最大量程值的二分之一以下時(shí)，則將放大系數(shù)為當(dāng)前采樣通道的可編程增益放大器的放大系數(shù)的兩倍的可編程增益放大器所在的通道設(shè)置為下一個(gè)采樣時(shí)間段的當(dāng)前采樣