超声波探伤仪的单双晶切换控制电路

权利要求书： 1.一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：包括一阻尼匹配切换信号端RLY_DMP，该信号端的一端通过保护电阻R1电连接第一三极管组TA1；还包括一单双晶控制信号端RLY_TRM，该信号端的一端通过保护电阻R2电连接第二三极管组TA2；

所述阻尼匹配切换信号端RLY_DMP和单双晶控制信号端RLY_TRM另一端均电连接FPGA的控制引脚；

所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五个引脚；所述第一三极管组TA1的C1引脚和C2引脚分别电连接第二继电器的L?控制引脚和第三继电器的L?控制引脚，所述第二三极管组TA2的C1引脚电连接第一继电器的L?控制引脚；

所述第一继电器的CA控制引脚电连接第一晶元，且所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的L?控制引脚均电连接第一晶元；

所述第一继电器的CB控制引脚电连接第二继电器的CA控制引脚，且所述第二继电器的CB控制引脚与所述第三继电器的SA1控制引脚电连接第二晶元；

所述第一晶元电连接超声波接收回路，且所述第二晶元电连接超声波发射电路；

所述超声波接收回路包括两路并联连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联连接的二极管和反射超声波信号的初级前置放大器组成；

所述超声波发射电路包括一驱动脉冲信号的驱动芯片U5，该驱动芯片U5的INA引脚电连接FPGA；所述驱动芯片U5的OUTA输出引脚电连接产生负脉冲信号的MOS管Q1，且MOS管Q1的D端电连接驱动负脉冲信号的高压驱动电路，且所述超声波发射电路还包括保证负脉冲信号流向同向连接的二极管D7和二极管D8。

2.根据权利要求1所述的一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2内部集成有共发射极的一对三极管Tr1和Tr2，且该一对三极管的基极之间设有分压电阻R101和R102,所述三极管Tr1和Tr2的共发射极处电连接分压电阻R101、R102之间的分压点作为E引脚，且三极管Tr1和Tr2的基极分别通过电连接另一组保护电阻R103和R104分别作为B1引脚和B2引脚，且三极管Tr1和Tr2的集电极分别作为C1引脚和C2引脚。

3.根据权利要求1所述的一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的均通过其SA1控制引脚级联连接。

4.根据权利要求1所述的一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：第一路接收回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R9，且第二路接收回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R16；

所述电阻R9与电阻R16的阻值不同，且第一路接收回路的初级前置放大器与第二路接收回路的初级前置放大器的放大倍数不同，且第一路接收回路与第二路接收回路的放大增益倍数也不同。

5.根据权利要求1所述的一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：第一路接收回路输出端的增益为?14.9db，第二路接收回路输出端的增益为+11db。

6.根据权利要求1所述的一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，其特征在于：FPGA通过控制单双晶控制信号端RLY_TRM和阻尼匹配切换信号端RLY_DMP，将第一三极管组TA1和第二三极管组TA2的管脚连通，进一步控制第一晶元与第二晶元。

说明书： 一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路技术领域[0001] 本实用新型涉及一种测量技术领域，具体为一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路。

背景技术[0002] 超声波探伤仪根据超声波的特性在探伤钢板工件时,通过内部电路激发超声波探头,探头发出超声波,超声波在钢板中传播,当超声波遇到缺陷时,超声波就会反射回来形

成返回波,超声波探伤仪接收返回波,通过电路把返回波放大,送入处理器进行处理,然后

在仪器的屏幕上显示扫描，操作人员通过扫描判断钢板工件有无缺陷和缺陷类；

[0003] 目前超声波探伤仪发射超声波后，反馈回来的超声波增益无法实现准确的增益回收供后续的处理模块处理，使得增益无法达到FPGA等处理器的处理需求，最终回收的波形

无法准确的计算出探伤的准确度；

[0004] 其次，由于在一些情况下，超声波探伤仪只需要发射超声波，无需回收，从而节省一定的能耗，目前的超声波探伤仪在单晶模式与双晶模式的切换技术上还无法实现精准控

制，且会出现外接的探伤探头与超声波探伤仪不匹配的情况；

[0005] 现有技术已经不能满足现阶段人们的需求，基于现状，急需对现有技术进行改革。实用新型内容

[0006] 本实用新型的目的在于提供一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0007] 本实用新型提供如下技术方案一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路，包括一包装外壳，该包装外壳的前侧中间位置设有显示超声波形的显示屏，且显示屏的底部设有

操作面板，所述操作面板的最左侧具有区域菜单按键，该区域菜单按键包括：用于增加增益

的db+键、用于减少增益的db?键、用于调整增益幅度的DB键、查看探头频率与探头阻尼的

探头参数键、用于选择菜单翻页功能的方向键和菜单键；所述菜单键包括设置键、校准键和

数据分析键；

[0008] 所述区域菜单按键右侧设有上、下两排快捷功能按键；其中，[0009] 所述上排快捷功能按键包括存储探伤数据的探伤通道键，一个通道可以存储一组探伤数据，则多个通道可预先测试并存储多组不同的探伤设置数据；

[0010] 包括将回波位置大幅度左右移动且不改变回波之间的距离的延时抑制键；[0011] 包括增加或减少增益梯度的增益调节键，在每次增加或减少增益时，增益调节键用于改变每次调节的幅度；增益与回波幅度成正比，且与衰减成反比，增益加大则回波幅度

增高，衰减减小；增益减小则回波幅度降低，衰减加大；

[0012] 包括切换探伤视图与工件模拟视图的显示切换键；[0013] 包括选择直探头、斜探头、单晶探头与双晶探头的探头类型键；[0014] 包括选用进玻门与失波门的位置、宽度和高度的波门选择键；[0015] 包括选用手动或自动零点测试的零点选择键，零点用于测试探头与探伤仪的固定声波延时，延时可以使得回波位置大幅度左右移动，而不改变回波之间的距离，同时可以将

多余的波形移除；

[0016] 所述下排快捷功能按键包括将波门的门高线制作与DAC曲线形状一致的DAC键，便于根据缺陷的当量值进行报警，解决单独对波高进行报警的缺陷；

[0017] 所述下排快捷功能按键还包括：对同一增益时波门内出现的最高波峰记忆的峰值记忆键、将屏幕固定于回波波峰界面的屏幕冻结键、根据三倍近场区校准的AG校准键、自

动调整增益，使门内增益波高达到标准波高的自动增益键、放大显示门内回波参数的门内

展宽键、对波门内连续多个回波的峰值点进行记忆并连成一条包络线的回波包络键，该回

波包络键能够根据形状找到缺陷的最高波，并且可以判断缺陷的性质。

[0018] 所述包装外壳的侧面设有连接电源的电源接口、高清HDMI接口、传输USB接口、网络LAN接口；

[0019] 本实用新型超声波的方向性好，频率越高，方向性越好，以很狭小的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置，且够准确的操作实现波长与缺陷的衔接，精准的调整波长距离

准确的探伤缺陷。

[0020] 所述包装外壳内部设有控制电路板，控制电路板上集成有单双晶切换控制电路，该电路具有一阻尼匹配切换信号端RLY_DMP，该信号端的一端通过保护电阻R1电连接第一

三极管组TA1；还具有一单双晶控制信号端RLY_TRM，该信号端的一端通过保护电阻R2电连

接第二三极管组TA2；

[0021] 所述阻尼匹配切换信号端RLY_DMP和单双晶控制信号端RLY_TRM另一端均电连接FPGA的控制引脚；

[0022] 所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五个引脚，且所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2内部集成有共发射极的一对三极管Tr1和Tr2，且该

一对三极管的基极之间设有分压电阻R101和R102,所述三极管Tr1和Tr2的共发射极处电连

接分压电阻R101、R102之间的分压点作为E引脚，且三极管Tr1和Tr2的基极分别通过电连接

另一组保护电阻R103和R104分别作为B1引脚和B2引脚，且三极管Tr1和Tr2的集电极分别

作为C1引脚和C2引脚；

[0023] 所述第一三极管组TA1的C1引脚和C2引脚分别电连接第二继电器的L?控制引脚和第三继电器的L?控制引脚，所述第二三极管组TA2的C1引脚电连接第一继电器的L?控制引

脚；

[0024] 所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的均通过其SA1控制引脚级联连接；[0025] 所述第一继电器的CA控制引脚电连接第一晶元，且所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的L?控制引脚均电连接第一晶元；

[0026] 所述第一继电器的CB控制引脚电连接第二继电器的CA控制引脚，且所述第二继电器的CB控制引脚与所述第三继电器的SA1控制引脚电连接第二晶元；

[0027] 所述第一晶元电连接超声波接收回路，且所述第二晶元电连接超声波发射电路；[0028] 所述超声波接收回路包括两路并联连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联连接的二极管和反射超声波信号的初级前置放大器组成；

其中，第一路接收回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R9，且第二路接收

回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R16，且电阻R9与电阻R16的阻值不

同，促使第一路接收回路的初级前置放大器与第二路接收回路的初级前置放大器的放大倍

数不同，所以使得第一路接收回路与第二路接收回路的放大增益倍数也不同，其中，第一路

接收回路输出端的增益为?14.9db，第二路接收回路输出端的增益为+11db,通过FPGA控制

第一路接收回路与第二路接收回路的关断配合后续电路的增益调节，例如，若FPGA选择打

开第一路接收回路关闭第二路接收回路，且后续电路输出所需增益为+50db,则由于第一路

接收回路的输出增益为?14.9，则后续电路中的GA需要调节+64.9db,而FPGA若选择打开第

二路接收回路关闭第一路接收回路，GA只需要调节+49db即可；

[0029] 所述超声波发射电路包括驱动脉冲信号的驱动芯片U5，该驱动芯片U5的INA引脚电连接FPGA；所述驱动芯片U5的OUTA输出引脚电连接产生负脉冲信号的MOS管Q1，且MOS管

Q1的D端电连接驱动负脉冲信号的高压驱动电路；所述超声波发射电路还包括保证负脉冲

信号流向同向连接的二极管D7和二极管D8；

[0030] FPGA通过控制单双晶控制信号端RLY_TRM的电平高低，并且结合阻尼匹配切换信号端RLY_DMP控制第一三极管组TA1和第二三极管组TA2的各个管脚连通，共同实现控制第

一晶元与第二晶元的工作模式；

[0031] 控制电路板上还集成有高压驱动电路，所述高压驱动电路具有一产生高压的高压电源模块U24，该高压电源模块U24的IN引脚通过由电感L23、可调电容C149、可调电容C150

和电容C151组成的初级LC滤波电路加载电源；

[0032] 所述高压电源模块U24的ADJ引脚并联连接电容C155到地，使得上电时延长ADJ引脚电压的建立时间，实现软启动高压的目的；

[0033] 所述高压电源模块U24的ADJ引脚分别通过保护电阻R74、保护电阻R75和保护电阻R76电连接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

电连接FPGA；

[0034] 所述高压电源模块U24的HOUT高压输出引脚通过二级LC滤波电路加载于MOS管Q1的D端；

[0035] 所述高压电源模块U24通过FPGA控制能够产生50、100、200和400四种不同的电压，目的是为了激励第一晶元和第二晶元产生超声波信号，不同的高压，激励探头产生超

声波的信号强弱不同，电压越高，产生的超声波信号越强。

[0036] 控制电路板上还集成有单转双增益电路，具有一固定6db的增益放大器，该放大器的正输入端通过电感L5与隔直电容C23组成的LC滤波电路电连接超声波接收回路的输出

端；

[0037] 其中，所述增益放大器的一路OUT输出端电连接GA1的P输入端，且所述增益放大器的另一路OUT输出端电连接GA1的N输入端；所述增益放大器将输入端的超声波接收回路

反射信号转换为差分增益信号输出至GA1，有效的降低了超声波反射信号的噪声，且实现

了抑制超声波发射电路中负脉冲的重复频率；

[0038] 所述GA1串联连接GA2,所述GA1与GA2的单个增益范围均为?11.5db?36.5db，且所述GA2的OUTL、OUTH两路增益输出端通过ADC前级驱动电路电连接用于信号转换的

ADC；所述ADC前级驱动电路包括一驱动放大器，该驱动放大器的正输入端与负输出端、负输

入端与正输出端分别设有反馈电阻R25和R31，且所述驱动放大器的两路输入端均电连接有

调整带宽的RLC滤波电路，RLC滤波电路将GA2输出端的带宽调整至适合于ADC前级驱动电

路处理的带宽。

[0039] 控制电路板上还集成有增益调节电路，包括一转换模拟信号的DAC，该DAC的D端控制引脚电连接FPGA，DAC将FPGA的数字信号转换为控制GA的模拟信号，通过该模拟信号控

制GA1与GA2进行增益调节；

[0040] 所述DAC的OUT输出引脚电连接电压调节范围为?1到+1的第一增益放大器，且所述第一增益放大器的输出端电连接电压调节范围为+0.04到+0.94的第二增益放大器，第

一增益放大器与第二增益放大器通过线性调节电压实现增益放大，所述第二增益放大器的

输出端通过开关U19电连接GA1和GA2；

[0041] 所述开关U19外接有两路增益调节支路，其中，第一条增益调节支路为放大电压为0.124的细调增益支路，第二条增益节支路为放大电压为0.94的粗调增益支路；所述细调

增益支路和粗调增益支路均由2个分压电阻并联连接滑动变阻器、隔直电容组成，且粗调增

益支路均比细调增益支路中的分压电阻阻值和隔直电容的容值大，这样才使得调节的电压

不同，从而放大的增益也不同。

[0042] 有益效果：本实用新型通过FPGA控制单双晶控制信号端RLY_TRM，使得第一继电器U1、第二继电器U2和第三继电器U3协同工作，实现单晶模式与双晶模式的智能切换，对超声

波发射电路和超声波接收回路的精准控制，使得第一路接收回路输出端的增益为?

14.9db，第二路接收回路输出端的增益为+11db,通过FPGA控制第一路接收回路与第二路接

收回路的关断配合后续电路的增益调节，并且通过FPGA控制阻尼匹配切换信号端RLY_DMP

控制阻尼切换，实现对外接不同阻抗探伤探头的有效阻抗匹配。

附图说明[0043] 图1为本实用新型立体结构示意图；[0044] 图2为本实用新型正面结构示意图；[0045] 图3为本实用新型操作面板示意图；[0046] 图4为本实用新型工作过程框图；[0047] 图5为本实用新型单双晶切换控制电路图；[0048] 图6为本实用新型第一三极管组TA1或第二三极管组TA2内部结构图；[0049] 图7为本实用新型超声波发射电路图；[0050] 图8为本实用新型超声波接收回路图；[0051] 图9为本实用新型高压驱动电路图；[0052] 图10(a)为本实用新型单转双增益电路的前端单转双部分电路图；[0053] 图10(b)为本实用新型单转双增益电路的GA控制部分电路图；[0054] 图11(a)为本实用新型ADC前级驱动电路图；[0055] 图11(b)为本实用新型ADC电路图；[0056] 图12(a)为本实用新型增益调节电路第一增益放大器电路图；[0057] 图12(b)为本实用新型增益调节电路述第二增益放大器电路图；[0058] 图12(c)为本实用新型增益调节电路增益调节支路电路图；[0059] 图13为本实用新型FPGA电路图；[0060] 图14为本实用新型单片机供电电路图。具体实施方式[0061] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的

实施例。基于本实用新型中的领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所

有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0062] 第一方面，本实用新型提供一种超声波探伤仪的单双晶切换控制电路的实施例，阐述本实用新型的按键工作时所实现的功能；

[0063] 参考图1?3，包括一包装外壳，该包装外壳的前侧中间位置设有显示超声波形的显示屏，且显示屏的底部设有操作面板，所述操作面板的最左侧具有区域菜单按键，该区域菜

单按键包括：用于增加增益的db+键、用于减少增益的db?键、用于调整增益幅度的DB键、查

看探头频率与探头阻尼的探头参数键、用于选择菜单翻页功能的方向键和菜单键；所述菜

单键包括设置键、校准键和数据分析键；

[0064] 所述区域菜单按键右侧设有上、下两排快捷功能按键；其中，[0065] 所述上排快捷功能按键包括存储探伤数据的探伤通道键，一个通道可以存储一组探伤数据，则多个通道可预先测试并存储多组不同的探伤设置数据；包括将回波位置大幅

度左右移动且不改变回波之间的距离的延时抑制键；包括增加或减少增益梯度的增益调节

键，在每次增加或减少增益时，增益调节键用于改变每次调节的幅度；增益与回波幅度成正

比，且与衰减成反比，增益加大则回波幅度增高，衰减减小；增益减小则回波幅度降低，衰减

加大；包括切换探伤视图与工件模拟视图的显示切换键；包括选择直探头、斜探头、单晶探

头与双晶探头的探头类型键；包括选用进玻门与失波门的位置、宽度和高度的波门选择键；

包括选用手动或自动零点测试的零点选择键，零点用于测试探头与探伤仪的固定声波延

时，延时可以使得回波位置大幅度左右移动，而不改变回波之间的距离，同时可以将多余的

波形移除；

[0066] 所述下排快捷功能按键包括将波门的门高线制作与DAC曲线形状一致的DAC键，便于根据缺陷的当量值进行报警，解决单独对波高进行报警的缺陷；

[0067] 还包括：对同一增益时波门内出现的最高波峰记忆的峰值记忆键、将屏幕固定于回波波峰界面的屏幕冻结键、根据三倍近场区校准的AG校准键、自动调整增益，使门内增

益波高达到标准波高的自动增益键、放大显示门内回波参数的门内展宽键、对波门内连续

多个回波的峰值点进行记忆并连成一条包络线的回波包络键，该回波包络键能够根据形状

找到缺陷的最高波，并且可以判断缺陷的性质。

[0068] 所述包装外壳的侧面设有连接电源的电源接口、高清HDMI接口、传输USB接口、网络LAN接口；

[0069] 其中，在调节增益时，实则是调节回波幅度，本实用新型设置了四个增益调节档位步长，分别为：增益0.1，表示调节步长按照0.1db进行增减；增益1.5，表示调节步长按照

1.5db进行增减；增益2.5，表示调节步长按照2.5db进行增减；增益4，表示调节步长按照4db

进行增减；增益6，表示调节步长按照6db进行增减；

[0070] 其中，在AG校准时，首先确定一个点波高，再通过距离波幅公式，计算出AG曲线上所有点高度；校准点在三倍近场区以内，距离小于校准点距离的高度等于校准点高度，大

于的按衰减公式计算，校准点在三倍近场区以外，按上述衰减公式计算三倍近场区上的高

度为最大高度，三倍近场区内均为最大高度，其余点按衰减公式根据校准波高计算；

[0071] 衰减公式： 计算，其中，x1、x2代表距离，h1、h2代表波幅。[0072] 近场区公式: 其中，S直探头＝D2；S斜探头＝D1×D2；N表示近场区；l表示波长；C表示波速；F表示探头频率；S表示探头面积；D1、D2表示晶片尺寸。

[0073] 第二方面，本实用新型还公开了另一实施例，阐述控制电路板的组成、工作原理以及所实现的功能，用于支持上述第一方面的按键工作。

[0074] 参考图5?6，所述包装外壳内部设有控制电路板，控制电路板上集成有单双晶切换控制电路，该电路具有一阻尼匹配切换信号端RLY_DMP，该信号端的一端通过保护电阻R1电

连接第一三极管组TA1；还具有一单双晶控制信号端RLY_TRM，该信号端的一端通过保护电

阻R2电连接第二三极管组TA2；所述阻尼匹配切换信号端RLY_DMP和单双晶控制信号端

RLY_TRM另一端均电连接FPGA的控制引脚；

[0075] 所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2均包括C1、C2、B1、E和B2五个引脚，且所述第一三极管组TA1和第二三极管组TA2内部集成有共发射极的一对三极管Tr1和Tr2，且该

一对三极管的基极之间设有分压电阻R101和R102,所述三极管Tr1和Tr2的共发射极处电连

接分压电阻R101、R102之间的分压点作为E引脚，且三极管Tr1和Tr2的基极分别通过电连接

另一组保护电阻R103和R104分别作为B1引脚和B2引脚，且三极管Tr1和Tr2的集电极分别

作为C1引脚和C2引脚；

[0076] 所述第一三极管组TA1的C1引脚和C2引脚分别电连接第二继电器的L?控制引脚和第三继电器的L?控制引脚，所述第二三极管组TA2的C1引脚电连接第一继电器的L?控制引

脚；所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的均通过其SA1控制引脚级联连接；所述第

一继电器的CA控制引脚电连接第一晶元，且所述第一继电器、第二继电器和第三继电器的

L?控制引脚均电连接第一晶元；所述第一继电器的CB控制引脚电连接第二继电器的CA控

制引脚，且所述第二继电器的CB控制引脚与所述第三继电器的SA1控制引脚电连接第二晶

元；

[0077] 所述第一晶元电连接超声波接收回路，且所述第二晶元电连接超声波发射电路；[0078] 参考图8，所述超声波接收回路包括两路并联连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联连接的二极管和反射超声波信号的初级前置放

大器组成；其中，第一路接收回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R9，且第

二路接收回路的初级前置放大器的正输入端并联连接有一电阻R16，且电阻R9与电阻R16的

阻值不同，促使第一路接收回路的初级前置放大器与第二路接收回路的初级前置放大器的

放大倍数不同，所以使得第一路接收回路与第二路接收回路的放大增益倍数也不同，其中，

第一路接收回路输出端的增益为?14.9db，第二路接收回路输出端的增益为+11db,通过

FPGA控制第一路接收回路与第二路接收回路的关断配合后续电路的增益调节，例如，若

FPGA选择打开第一路接收回路关闭第二路接收回路，且后续电路输出所需增益为+50db,

则由于第一路接收回路的输出增益为?14.9，则后续电路中的GA需要调节+64.9db,而FPGA

若选择打开第二路接收回路关闭第一路接收回路，GA只需要调节+49db即可；

[0079] 参考图7，所述超声波发射电路包括驱动脉冲信号的驱动芯片U5，该驱动芯片U5的INA引脚电连接FPGA；所述驱动芯片U5的OUTA输出引脚电连接产生负脉冲信号的MOS管Q1，

且MOS管Q1的D端电连接驱动负脉冲信号的高压驱动电路；所述超声波发射电路还包括保证

负脉冲信号流向同向连接的二极管D7和二极管D8；

[0080] FPGA通过控制单双晶控制信号端RLY_TRM的电平高低，并且结合阻尼匹配切换信号端RLY_DMP控制第一三极管组TA1和第二三极管组TA2的各个管脚连通，共同实现控制第

一晶元与第二晶元的工作模式；

[0081] 参考图5，阻尼匹配切换信号端RLY_DMP控制阻尼切换：[0082] (1)当阻尼匹配切换信号端RLY_DMP为低电平时,第一三极管组TA1的C2管脚没有拉低，则第三继电器U3的线圈不通电，此时，CB引脚连接SB0引脚，且CA引脚连接SA0引脚，

则输出阻尼为402R；

[0083] (2)当阻尼匹配切换信号端RLY_DMP为高电平时，第一三极管组TA1的C2管脚被拉低，则第三继电器U3线圈通电，此时，CB引脚连接SB1引脚，且CA引脚接SA1引脚，此时电阻

57R和402R并联，则输出阻尼为49.9R；

[0084] 阻尼匹配切换信号端RLY_DMP选择高电平或者低电平输出是根据外接探头的阻抗决定的，由于外接探头的阻抗有400欧姆和50欧姆，所以当外接探头为400欧姆时，则阻尼匹

配切换信号端RLY_DMP为低电平，当外接探头为50欧姆时，则阻尼匹配切换信号端RLY_DMP

为高电平；

[0085] 当单双晶控制信号端RLY_TRM为低电平时，第一三极管组TA1的C1管脚和第二三极管组TA2的C2管脚均没有被拉低，则第一继电器U1和第二继电器U2的线圈不通电，则第一继

电器U1和第二继电器U2都不工作，此时第一晶元与第二晶元头导通，进入单晶模式；

[0086] 在单晶模式下，第一晶元不工作，第二晶元单独工作，FPGA通过加载脉冲到驱动芯片U5，驱动芯片U5驱动MOS管Q1产生负脉冲，由于探头发射超声波的距离与MOS管Q1的驱动

电压有关，驱动电压越大，第二晶元连接的探头发射的超声波就越长，所以MOS管Q1的D端

电连接驱动负脉冲信号的高压驱动电路，通过高压驱动电路产生不同的高电压调整探头反

射不同距离的超声波；

[0087] 当单双晶控制信号端RLY_TRM为高电平时，第一三极管组TA1的C1管脚和第二三极管组TA2的C2管脚均被拉低，则第一继电器U1和第二继电器U2的内部线圈均通电，但第一继

电器U1和第二继电器U2彼此之间是断开的，则第一继电器U1和第二继电器U2都开始工作。

此时第一晶元与第二晶元进入双晶模式；

[0088] 在双晶模式下，第一晶元负责接收，第二晶元负责发射，由于第一继电器U1和第二继电器U2彼此之间是断开的，所以第二晶元连接的负高压脉冲无法通过第二继电器U2到达

第一继电器U1，所以第二晶元通过超声波发射电路发射超声波，第一晶元通过第一路接收

回路或者第二路接收回路接收超声波。

[0089] 参考图9，控制电路板上还集成有高压驱动电路，所述高压驱动电路具有一产生高压的高压电源模块U24，该高压电源模块U24的IN引脚通过由电感L23、可调电容C149、可调

电容C150和电容C151组成的初级LC滤波电路加载电源；所述高压电源模块U24的ADJ引脚

并联连接电容C155到地，使得上电时延长ADJ引脚电压的建立时间，实现软启动高压的目

的；

[0090] 所述高压电源模块U24的ADJ引脚分别通过保护电阻R74、保护电阻R75和保护电阻R76电连接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

电连接FPGA；所述高压电源模块U24的HOUT高压输出引脚通过二级LC滤波电路加载于MOS

管Q1的D端；所述高压电源模块U24通过FPGA控制能够产生50、100、200和400四种不同

的电压，目的是为了激励第一晶元和第二晶元产生超声波信号，不同的高压，激励探头产生

超声波的信号强弱不同，电压越高，产生的超声波信号越强，相应的，电压越低，产生的超声

波信号越弱；但是，在不同需求情况下，并非电压越高且产生的超声波信号越远越好，需要

根据待测物体的厚度适当的选择电压，产生合适的超声波，才能使得超声波发射到合适的

距离；

[0091] FPGA通过HSEL引脚发送指令控制MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4之间的打开与关闭组合使得高压电源模块U24产生不同的电压；且MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4的发送指令的

引脚分别为HSEL2、HSEL1和HSEL0；

[0092] FPGA通过HSEL引脚发送的指令与输出的电压关系见下表：[0093] HSEL[2?0] HOUTPUT()000 400

100 200

010 100

001 50

[0094] 当MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4全部关闭时，输出的电压为400；[0095] 当MOS管Q2打开，且MOS管Q3和MOS管Q4关闭时，输出的电压为200；[0096] 当MOS管Q3打开，且MOS管Q2和MOS管Q4关闭时，输出的电压为100；[0097] 当MOS管Q4打开，且MOS管Q2和MOS管Q3关闭时，输出的电压为50。[0098] 由此可见FPGA通过控制MOS管Q2、MOS管Q3和MOS管Q4不同组合式的打开与关闭，有效实现了电压由低到高依次为50、100、200和400四种不同的电压，使得探头能够根据

钢板的厚度合理的进行选择电压，合理的发射超声波信号距离，一方面有效的节省了能量

损耗，另一方面合理的探伤距离也能够使得返回的超声波数据更加准确。

[0099] 参考图10(a)、图10(b)控制电路板上还集成有单转双增益电路，具有一固定6db的增益放大器，该放大器的正输入端通过电感L5与隔直电容C23组成的LC滤波电路电连接

超声波接收回路的输出端；

[0100] 其中，所述增益放大器的一路OUT输出端电连接GA1的P输入端，且所述增益放大器的另一路OUT输出端电连接GA1的N输入端；所述增益放大器将输入端的超声波接收回路

反射信号转换为差分增益信号输出至GA1，有效的降低了超声波反射信号的噪声，且实现

了抑制超声波发射电路中负脉冲的重复频率；

[0101] 参考图11(a)，所述GA1串联连接GA2,所述GA1与GA2的单个增益范围均为?11.5db?36.5db，且所述GA2的OUTL、OUTH两路增益输出端通过ADC前级驱动电路电连接用

于信号转换的ADC；所述ADC前级驱动电路包括一驱动放大器，该驱动放大器的正输入端与

负输出端、负输入端与正输出端分别设有反馈电阻R25和R31，且所述驱动放大器的两路输

入端均电连接有调整带宽的RLC滤波电路，RLC滤波电路将GA2输出端的带宽调整至适合于

ADC前级驱动电路处理的带宽；

[0102] 参考图11(b)，所述ADC的D数字信号控制引脚电连接FPGA,ADC把超声波反射回来的的模拟信号转换成数字信号传输给FPGA处理；GA1配合GA2对超声波反射信号进行增益

放大，且放大增益的动态范围可达到?23db?73db,使得返回的信号达到可以接受的范围,

其中，增益在调节过程中，GA1的P、N输出端与GA2的正负P、N输入端对调，且GA2的OUTL、

OUTH输出端与ADC的正负N+、N?输入端对调。

[0103] 参考图12(a)、图12(b)和图13，控制电路板上还集成有增益调节电路，包括一转换模拟信号的DAC，该DAC的D端控制引脚电连接FPGA，DAC将FPGA的数字信号转换为控制GA的

模拟信号，通过该模拟信号控制GA1与GA2进行增益调节；所述DAC的OUT输出引脚电连接

电压调节范围为?1到+1的第一增益放大器，且所述第一增益放大器的输出端电连接电压

调节范围为+0.04到+0.94的第二增益放大器，第一增益放大器与第二增益放大器通过线

性调节电压实现增益放大，所述第二增益放大器的输出端通过开关U19电连接GA1和

GA2；

[0104] 参考图12(c)，所述开关U19外接有两路增益调节支路，其中，第一条增益调节支路为放大电压为0.124的细调增益支路，第二条增益节支路为放大电压为0.94的粗调增益

支路；所述细调增益支路和粗调增益支路均由2个分压电阻并联连接滑动变阻器、隔直电容

组成，且粗调增益支路均比细调增益支路中的分压电阻阻值和隔直电容的容值大，这样才

使得调节的电压不同，从而放大的增益也不同；开关U19根据第一增益放大器和第二增益放

大器的增益放大情况，通过GA1与GA2配合细调增益支路、粗调增益支路选择性的实现0?

48db、48?96db的两种增益范围的放大；当开关U19选择GA1或者GA2放大的增益与ADC前级

驱动电路所需的增益相差较大时，则开关U19打开S1引脚，采用粗调增益支路进行调节增益

的放大，同样的，当开关U19选择GA1或者GA2放大的增益与ADC前级驱动电路所需的增益

相差较小时，则开关U19打开S3引脚，采用细调增益支路进行调节增益的放大；

[0105] 参考图14，所述控制电路板上还集成有单片机，所述单片机单独电连接操作面板，且单片机设有独立供电电路，该供电电路设有第一MOS开关管和第二MOS开关管，其中，所述

第一MOS开关管的基极电连接单片机的供电控制端，且所述第一MOS开关管的集电极电连接

第二MOS开关管的基极，所述第二MOS开关管的集电极通过由电感L35并联连接电容C254组

成的LC滤波电路电连接供电芯片U43，单片机通过控制供电电路单独给操作面板供电，当操

作面板的按键亮起时，FPGA与其他的控制电路可以睡眠，这样有效的节约的能耗。

[0106] 参考图4，上述是各电路的具体工作效应，本实用新型的总体工作原理为：FPGA控制高压电源模块驱动，发射固定频率的负高压脉冲，通过负高压脉冲驱动超声波探头内的

晶元，让探头发射固定频率的超声波。将超声波打入有缺陷的钢板内，超声波在钢板内传

播，遇到缺陷，声波进行反射，反射的声波通过接收回路进入电路板的前置放大器，由于超

声波的反射信号非常弱，所以通过前置放大器的信号需要通过增益放大器，对返回信号进

行放大，使之能够放大到增益可以接收的信号。然后放大后的信号，进入模数转换器，把模

拟信号转换成数字信号，然后进入FPGA进行信号处理，把处理后的信号传到ARM处理器中，

通过显示器显示出反射波的波形，波形信号的强弱需要FPGA控制数模转换器，然后数模转

换器输出的模拟信号使超声波的反射信号放大，单片机通过计算可以在显示屏上显示缺陷

波形的形状、位置等信息。

[0107] 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进

行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应

包含在本实用新型的保护范围之内。