一种新型数字化超声波自动探伤系统的研制

　　1　引　　言

　　超声波探伤技术在无损检测领域中占有极其重要的地位。近年来,计算机软硬件技术、高速数字信号处理技术、虚拟仪器技术的发展,使无损检测技术在数据处理手段、仪器检测性能、设备系统化和智能化程度方面取得了巨大进步[1]。目前已经诞生了多种数字化便携式探伤仪[2],然而自动化超声波探伤系统仍以多通道模拟方式为主。这类仪器可靠性差,检测精度不高,操作不便,存在的问题有模拟闸门报警方法的虚警和漏检概率很大,检测性能达不到实际使用要求;各通道之间参数的离散性大,不便于采用工业探伤标准;对波形的处理、存储困难,不利于探伤结果的保存和分析,因此采用数字化检测技术是必然的趋势。

　　文中提出一种数字化超声波自动探伤系统(DAUTD)的总体设计方案,并对其中的一些关键技术加以说明。该方案不但有效解决了探伤系统数字化后的若干关键问题,而且降低了系统成本,提高了系统集成度、智能化水平。

　　2　DAUTD系统硬件结构

　　如图1给出一个基于PC-DSP的数字化超声波自动探伤系统(DAUTD)的系统结构。整个系统由探头阵列、机械传动装置、传动控制卡、4×4模拟通道处理板、电源控制与同步触发板、数字信号处理板、工控机及其外设组成。

　　系统采用DSP系统可以实现高速数据采集、自动增益控制、实时门限报警、传动设备控制等问题;采用标准的工控机,是吸收了虚拟仪器的思想,以便实现多通道的智能化管理,以及波形显示、数据分析、用户可视化操作、探伤报告打印。主从机之间通过PC机并口和DSP主机接口实现数据传输。

　　2.1　模拟部分

　　如图2所示,DAUTD的模拟部分包括超声波收发电路、数控放大/衰减器、可控模拟滤波器阵列。超声波收发电路采用600V、400V负脉冲激励;增益控制电

　　路由一级固定20dB放大,二级压控放大器提供-20～+60dB的衰减和放大,则整个系统增益设计为80dB,最小步进0.1dB;可控滤波器设定为多种宽带滤波模式,如0～15MHz、2～20MHz等,最高工作频段为20MHz。

　　2.2　数据采集与嵌入式DSP子系统

　　嵌入式DSP子系统是一个高速数据采集和控制系统。系统可以实现高速波形数据压缩、数字包络检波、实时报警、自动增益控制、主从机的通信等功能。其中,ADC信号前端采用多路模拟开关,实现对16路模拟信号的选通,最高切换速率16kHz/s。ADC采样率为60MHz,采样分辨率10bit,可以实现对20M宽带射频信号实时采样。采样后的数据进入CPLD中,经过数字检波和非均匀压缩后用高速异步FIFO作为缓冲.

　　3　DAUTD系统的软件结构