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原文传递多模式曲面相控阵超声层析成像装置

专利名称：	多模式曲面相控阵超声层析成像装置
摘要：	本发明涉及一种多模式曲面相控阵超声层析成像装置，用于对流经管道被测截面内的油气水三相流体相分布进行重建，包括超声传感器阵列，信号控制模块，高压激励模块，信号采集与解调模块、工业总线及上位机模块；信号控制模块可选通不同模式，通过固定时序控制其他所有模块与传感器阵列的激励、测量过程，在信号控制模块控制下，高压激励模块产生时长、频率、占空比可调的激励电压信号并施加在激励超声传感器上；接收超声传感器上的感应电压信号由信号采集与解调模块进行记录、处理和模数转换，将得到的数字信号传输至信号控制模块中的FPGA控制芯片以完成解调。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	董峰;刘皓;谭超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910798140.0
公开号：	CN110470744A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	程毓英
分类号：	G01N29/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种多模式曲面相控阵超声层析成像装置，用于对流经管道被测截面内的油气水三相流体相分布进行重建，包括超声传感器阵列，信号控制模块，高压激励模块，信号采集与解调模块、工业总线及上位机模块；信号控制模块可选通不同模式，通过固定时序控制其他所有模块与传感器阵列的激励、测量过程，在信号控制模块控制下，高压激励模块产生时长、频率、占空比可调的激励电压信号并施加在激励超声传感器上；接收超声传感器上的感应电压信号由信号采集与解调模块进行记录、处理和模数转换，将得到的数字信号通过LVDS通道差分传输至信号控制模块中的FPGA控制芯片以完成解调；解调后的数据打包通过CPCI总线发送至工业总线及上位机模块，进行图像重建、参数提取后处理；超声传感器阵列由多个独立小尺寸超声换能器组成并在同一管道截面内沿管道外壁均匀分布以形成曲面阵列，相邻传感器的夹角相同，每个超声探头有独立的超声发射通道及电压测量、数据采集通道。其中，信号控制模块包括直接数字合成电路DDS、现场可编程门阵列FPGA控制芯片、可编程超声波束成形器芯片LM96570；通过上位机向FPGA控制芯片发送指令，指定选定的激励测量模态及相关参数，利用FPGA控制芯片向DDS电路发送控制数据，给出时长、频率、占空比可调的控制信号；同时，由FPGA控制芯片计算给定波束合成参数所需的通道时延信息，并通过串行外设接口通信SPI控制可编程波束成形器LM96570生成不同时延下时长、频率、占空比可调的控制信号，以实现激励信号时长、频率、占空比的实时动态调节和方向、角度、幅值、频率可调的激励声场；直接数字合成电路DDS和可编程波束成形器生成的控制信号根据所需的敏感模态在FPGA控制下进行选通，作为信号控制模块的控制信号输出；超声激励模块由多路并行的双极性脉冲电路组成，每路双极性脉冲电路包括光电耦合电路、MOSFET驱动电路、高压双极性直流开关电路、阻抗匹配网络电路；其中，光点耦合电路接收信号控制模块的控制信号输出，经光电隔离生成具有驱动能力的5V模拟驱动信号，其输出接在MOSFET驱动电路的输入端；MOSFET驱动电路将输入的5V模拟驱动信号转为12V，作为输出接入高压双极性直流开关电路的输入端；高压双极性直流开关电路使用12V模拟驱动信号驱动一对增强型功率MOSFET轮流导通，产生高压双极性电压信号，作为输出接入阻抗匹配网络电路；阻抗匹配网络电路将高压双极性电压信号转变为正弦信号并通过低谐波模拟开关阵列选通激励通道，作为超声激励模块的输出；信号采集与解调模块包括单端转差分电路、模拟前端电路、FPGA采集电路；超声传感器接收到的感应电压信号接入单端转差分电路的输入端，其输出信号为差分电压信号，接入模拟前端电路的输入端；模拟前端电路包含AFE5801模拟前端芯片及其周边电路，生成经低噪声放大、可编程增益及抗混叠滤波处理后的数字信号作为输出，接入FPGA采集电路的输入端；FPGA采集电路的输入端包含FPGA采集芯片及其周边电路，并与FPGA控制芯片通信，其生成解调后的数字信号，作为信号采集与解调模块的输出；工业总线及上位机模块将解调后的数据通过工业标准总线送往上位机进行实时图像重建。
所属类别：	发明专利