一种用于基桩超声波检测设备的信号智能放大装置及方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于超声波基粧完整性检测领域，具体涉及一种用于基粧超声波检测设备的信号智能放大装置及方法。
【背景技术】
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[0002]目前建筑领域广泛采用粧基结构，粧基的完整性对建筑物的安全有很重要的影响，声波透射法检测是当今粧基完整性检测中应用最为广泛的方法之一。该方法是将多个声波探头分别放入预埋的平行声测管内，一个探头发射，其余探头接收；探头将声波信号转换为电信号，再经过滤波、放大、A/D采样处理后得到数字信号波形，最后通过分析该信号波形判断两个探头之间的混凝土质量。目前的超声波基粧完整性检测设备在一次检测过程中使用固定的信号放大倍数，让信号波形的峰值略小于A/D采样量程，以期在不丢失信号的前提下，获得尽可能大的A/D转换精度。该方法的弊端有:(1)在现场测试时，通常无法准确预估信号波形的峰值大小，容易出现放大倍数过大导致信号峰值超出A/D量程或者放大倍数过小导致进入A/D的信号太小，信号无法清晰表述等问题；(2)由于该方法是根据整个信号波形峰值调整放大倍数，因此在整个信号波形中的微弱信号部分A/D转换精度较低，容易丢失重要的判决信息，甚至产生较大的A/D转换误差，导致无法准确辨别基粧质量。
[0003]超声波基粧完整性检测方法要求的A/D采样频率一般在1MHz以上，而目前可编程增益放大器的响应和稳定时间大约在几微秒以上，无法单独直接替换现有声波透射法检测中的放大模块，用于超声波基粧完整性检测设备中。
[0004]因此，有必要设计一种用于基粧超声波检测设备的信号智能放大装置及方法。
【发明内容】
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[0005]为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出一种用于基粧超声波检测设备的信号智能放大装置及方法，实现通道放大倍数的实时动态智能调整，获得尽可能大的A/D转换精度，从而提高基粧质量检测的准确性。
[0006]本发明所提供的技术方案是:
[0007]—种用于基粧超声波检测设备的信号智能放大装置，包括滤波电路、三路可编程增益放大器、一路固定增益放大电路、一个四通道模/数转换电路和智能放大控制模块；
[0008]所述三路可编程增益放大器和一路固定增益放大电路的输入端均与滤波电路的输出端相连；三路可编程增益放大器和一路固定增益放大电路的四个输出端分别与四通道模/数转换电路的四个输入端相连；四通道模/数转换电路的四个输出端分别与智能放大控制模块的四个输入端相连；智能放大控制模块的三个输出端分别与三路可编程增益放大器的控制端相连；
[0009]所述滤波电路用于对前端超声波信号接收电路输出的电信号进行带通滤波；
[0010]所述三路可编程增益放大器用于根据智能放大控制模块输出的放大系数，对滤波电路输入的电信号进行放大，并送入四通道模/数转换电路；
[0011]所述一路固定增益放大电路用于对滤波电路输入的电信号进行放大，并送入四通道模/数转换电路；
[0012]所述四通道模/数转换电路用于分别对三路可编程增益放大器和一路固定增益放大电路输入的模拟电信号进行模/数转换，并将模/数转换后的四路数字信号输入智能放大控制模块；
[0013]所述智能放大控制模块用于接收由四通道模/数转换模块输入的数字信号，对各个采样时间段获取的信号进行分析、处理和合成，最终输出完整的波形数据，此完整的波形数据为与超声波信号接收电路输出的电信号波形相对应的波形数据；并依据当前采样时间段接收到的数字信号的特征调整三路可编程增益放大器的放大系数。
[0014]所述智能放大控制模块对各个采样时间段获取的信号进行分析和处理是指是指:下述工作步骤的步骤三中，智能放大控制模块对当前采样通道输出的信号进行分析，若信号峰值不等于最大量程值，说明信号峰值未超过量程，则将该信号除以该通道的可编程增益放大器的放大系数，得到该采样时间段的最终输出数字信号；若信号峰值等于最大量程值，则将固定增益放大电路输出的信号除以固定增益放大电路模块预设的放大系数，得到该采样时间段的最终输出数字信号；步骤四中，智能放大控制模块基于线性预测算法对当前采样时间段的最终输出数字信号变化趋势进行分析，预测在下一个采样时间段中的信号变化趋势；
[0015]所述智能放大控制模块对各个采样时间段获取的信号进行合成是指:智能放大控制模块将各个采样时间段的最终输出数字信号按采样时间进行合成，最终形成完整的波形数据；
[0016]上述用于基粧超声波检测设备的信号智能放大装置，采用如下工作步骤对超声波接收电信号进行智能放大:
[0017]步骤一:依据经验预估超声波接收电信号的初始大小，通过智能放大控制模块设置三路可编程增益放大器的放大系数:设置其中一路可编程增益放大器的放大系数，使其输出的信号峰值处于四通道模/数转换电路的最大量程值的二分之一到最大量程值之间，此可编程增益放大器所在的采样通道设置为当前采样通道；设置另外两路可编程增益放大器的放大系数分别为此可编程增益放大器的放大系数的两倍和二分之一；
[0018]依据经验预估整个超声波接收电信号的峰值大小，通过智能放大控制模块预设固定增益放大电路的放大系数，使其输出的整个超声波接收电信号的峰值处于四通道模/数转换电路的最大量程值的五分之四到最大量程值之间；
[0019]步骤二:智能放大控制模块从四通道模/数转换电路获取一组四路信号，采样时间长度大于或等于可编程增益放大器进行放大系数调整所需的响应和稳定时间；
[0020]步骤三:智能放大控制模块对当前采样通道输出的信号进行分析，若信号峰值不等于最大量程值，说明信号峰值未超过量程，则将该信号除以该通道的可编程增益放大器的放大系数，得到该采样时间段的最终输出数字信号；若信号峰值等于最大量程值，则将固定增益放大电路输出的信号除以固定增益放大电路模块预设的放大系数，得到该采样时间段的最终输出数字信号；
[0021]步骤四:智能放大控制模块对该采样时间段的最终输出数字信号变化趋势进行分析，预测在下一个采样时间段中的信号变化趋势；
[0022]若预测下一个采样时间段内，当前采样通道输出的信号峰值依然在四通道模/数转换电路的最大量程值的二分之一到最大量程值之间，则不改变三路可编程增益放大器的放大系数，仍将当前采样通道设置为下一采样时间段内的当前采样通道；
[0023]若预测下一个采样时间段内，当前采样通道输出的信号峰值将会减少到四通道模/数转换电路的最大量程值的二分之一以下时，则将放大系数为当前采样通道的可编程增益放大器的放大系数的两倍的可编程增益放大器所在的通道设置为下一个采样时间段的当前采样