超声波探伤仪随机波形取样法

　　1　前言

　　超声波检测仪器的一个不成文的指标,是仪器的小型化、微型化。这种仪器最重要的部件,就是必须用液晶屏或等离子显示屏代替庞大笨重的示波系统。但是这种小型显示屏大多速度及频率响应不如示波管,所以必须使用取样技术,将波形图上的细节取成一点点显示,利用数字技术,才能转快为慢,完整的取出需要的信息。特别对随机波形的取样,需要用一些特殊的手段,才能取得成功。一般取样的方法,是在一连续的波形中,用一组脉冲,截取波形中若干点,测量其瞬时值,记录下来,可以再现波形,也可长期保存备查。当然将取下的各点连起来再现波形,同原来的波形比较起来,信息量总有一定损失,这种损失,随着取样点的越趋紧密而减少。但取样脉冲的频率却越来越高。给制作带来困难,这二者是矛盾的。所以有必要对这些波形进行研究,分别对待。

　　1)对周期出现的波形,可以用低频的取样脉冲阵列,在一周内少量的取几点,甚至取一点,因为周期波第二周会再现前次的波形,所以可将取样脉冲阵列略微延时一个时间τ,再截取尔后周期波的波形,就可以将第一次截取点的邻近点波高取出存储好。以后在第三周、第四周再延迟一个τ,又截取了若干邻近的点,这样整个波形的各点就可在若干周内全部取全,既得到完美的信息量,又不必采用高频的取样脉冲阵列。

　　2)对经触发产生的连续响应波形,如果这一触发环境是存在的,第二次触发就会出现相同的波形,也可利用上面的方法,用一脉冲阵列,在一次触发后取出若干点,然后,将脉冲阵列延时时间τ,在第二次触发后,再取若干邻近的点,这样在触发一定的次数后,也能将波形取全,超声波探伤仪属于这一种。

　　3)还有一种就是一次触发后出现的波形,以后不管如何触发,均不会出现相同的波形,称完全随机触发,它必须在波形发生后,一次将波形主要的部分取出存放,才能在以后回放时得出大致相同的波形。这就需要用多个取样及存储系统并行工作,才能达到目的。

　　2　总体部分

　　对超声波探伤仪,用第二种取样方法。如图1所示,探头的晶片一经触发后,材料中或人体间出现的超声波如右上角上的随机波形。如果保持探头不动短时内再触发可以得到基本相似的波形。故可以用这一电路作为多次触发取样,得出其完整波形。用计算机的晶振,经计算机分频多次后得出频率为Ft的脉冲阵列(即取样阵列),把这一阵列变成一振幅固定的锯齿波形阵列,将Ft再分频300次,得出为F0的同步触发频率②,它一方面触发超声波发生器;一方面触发①25级阶梯波发生器。同步频率F0的最佳范围,根据检测最大值决定、锯齿波发生器是从0 V～5 V,上升边与下降边之比大于10∶10,阶梯波发生器是负向的,从0 V～5 V,共25级阶梯,要求每级为-0.25V,每级维持一个触发周期,其中一共出现300个取样脉冲,频率为Ft,参数是F0=1980 Hz,Ft=594000 Hz,计算机晶振为14850000 Hz,对Ft正好是25分频,这样经过25次取样可得7500个点,足够画出一条完美的探伤曲线,历时仅0.1515s,取样阵列的排列如图2所示。