基于DDS技术的模块化多频涡流检测系统设计

　　0　引言

　　在单频涡流检测过程中,为了减小干扰信号和提高信噪比,通常采用滤波的方法。但由于滤波器在滤除噪声的同时使检测信号相位旋转,探头速度的变化也可能改变滤波器的输出等原因,影响了单频系统的检测能力[1]。多频涡流检测技术由美国科学家Libby在1970年首先提出,该方法采用几个频率同时工作,能有效地抑制多个干扰因素,一次性提取多个所需的信号。在多频涡流检测系统中,需要提供多种频率的激励和参考信号。直接数字合成(DirectDigital Synthesizer, DDS)技术是近几年来发展起来的一种新的频率/波形合成技术,具有频率分辨力高、转换速度快、信号纯度高、相位可控等优点[1-2]。因此,多频涡流检测系统采用DDS技术进行统设计。

　　1　多频涡流检测系统基本原理

　　多频涡流检测系统有2种基本类型,它们的区别在于为探头提供的多频激励信号是同步的还是交替的[1]。同步多频激励涡流检测系统如图1 (a)所示,多种频率的激励信号通过加法电路合成,驱动涡流传感器;传感器输出信号经过带通滤波器进行分离后,送给信号检测电路进行处理。交替多频激励涡流检测系统如图1 (b)所示,多种频率的激励信号通过多路复用开关顺序驱动涡流传感器;传感器输出信号直接送给检测电路进行处理。由于交替多频激励涡流检测系统采用多路复用电路,信号的激励和检测电路比同步多频激励涡流检测系统简单,但是,它的输出带宽受到切换开关的限制,平均在100 Hz左右,在模拟开关的切换容易造成各环节工作电路的不稳定,所以系统采用同步多频激励方案进行设计。

　　在多频涡流检测系统,利用DDS技术产生系统工作需要的激励信号,并用加法电路进行激励信号的混频。采用模拟正交锁定放大技术实现传感器输出的微弱信号的检测,模拟正交锁定放大的参考信号同样利用DDS技术产生。因此,系统可以分为单频信号发生模块和模拟正交锁定放大模块等,由母板完成激励信号的混频、参考信号的转接、各模块的通信控制等。各模块可以根据检测的需要进行必要的增减,双频涡流检测系统的模块化结构图如图2所示。

　　2　基于DDS技术的信号发生模块

　　为了进行激励发生模块的信号源设计和模拟正交锁定放大模块的参考源设计,系统采用2种DDS芯片,分别为AD9850和AD9854。

　　DDS的内部工作原理如图3所示,主要由相位累加器、正弦查询表和模数变换器(DAC)等构成,AD9850可以输出一路正弦信号,AD9854具有高性能的正交D /A转换器,可以直接输出2路正交参考信号。DDS芯片的频率控制字和相位控制字的设置由AT89LS52根据上位机命令完成, 2个DDS芯片共用一个有源晶振,以保证输出信号的同步性。图4为DDS控制系统框图。