用于脉冲涡流检测的变频信号源设计

　　现有的超声波、磁粉等无损检测技术很难发现飞机内层结构的腐蚀,如经常出现在机翼蒙皮下的翼肋、螺母孔、加强筋以及液压管道内壁等腐蚀,使飞机 存在严重安全隐患[1]。X-射线虽能检测出内层结构腐蚀,但由于体积庞大,很难用于外场飞机的原位检测。显然,开发一种能够用于外场飞机内层结构腐蚀的 无损检测设备具有重要实用意义。研究表明,脉冲涡流检测技术在内层结构腐蚀及其他缺陷的定量检测和评估方面具有明显的优势[2]。作为脉冲涡流的激励信号 源,其频率对涡流的渗透深度乃至检测精度有着重要影响[3]。传统设计的脉冲信号源或由于频率不可调而不能适应深度不同的缺陷检测,或虽可调频,但由于采 用复杂的模拟电路设计,易受温度等因素干扰,检测精度不高。本文基于单片机和数字调频技术,设计了用于脉冲涡流检测的新型变频信号源,使其输出的脉冲频率 可随检测试件的厚度和材料种类的需要而调整(频率可调范围为100~3 000 Hz),以期提高脉冲涡流检测的精度和应用灵活性。

　　1系统的组成和工作原理

　　变频信号源系统的基本组成包括比较电压产生电路、运算放大电路、A/D转换电路、单片机和脉冲信号放大电路,其系统组成见图1。系统的工作原理 是,通过调整电位器旋钮产生比较电压信号,该信号经运算放大器放大输出调频电压信号,再将该模拟信号送入A/D转换芯片,转换为数字信号送入单片机,单片 机再将此数字信号处理变换为一定频率的脉冲信号。由于单片机的放大功能有限,为使检测线圈能够感应出一定强度的涡流,对单片机输出的脉冲信号进行了放大。

　　2　系统的硬件设计

　　2.1调频电压产生电路

　　调频电压产生电路的原理如图2所示。R1、R2、R3和R4组成电压比较电路,其中R1、R3远大于R2和R4,目的是获得近似恒流源的输出电 压Vi1和Vi2。Vi2用作恒定基准电压,其值由电阻R4串联分压决定。Vi1则作为调频电压的控制端,其值取决于调频电位器R2的实际分压大小。调节 电位器R2可使比较电压信号(Vi2-Vi1)发生改变,该信号经差动运算放大器μA741放大后即成为控制涡流脉冲频率的调频电压。使用差动运算放大器 的另一个作用是抑制温度等因素对输出模拟电压的影响[4]。由图2可知,输出调频电压:

　2.2调频电压信号的处理电路

　　图3为调频电压信号处理电路,模/数转换芯片ADC0832的作用是将CH0通道送来的模拟电压转化为单片机能够识别的数字信号[5],单片机 AT89S51则将所得的数字信号转化为一定频率的脉冲信号。其脉冲信号的频率由单片机定时器的定时初值控制。转换后的数字量Val与输入的调频模拟电压 Vo存在如下关系[6]。