基于PCI总线四通道高速数据采集卡的火车轮轴超声检测系统

    笔者自行研制了一种应用于火车轮轴超声检测的基于PCI总线的四通道数据采集系统,它的核心技术是利用高速数据采集卡进行实时信号采集,并持续地将采集来的信号数据记录到计算机硬盘上,供实时成像处理使用。系统的特点是小型化、连接方便、操作简单、记录时间长、采样率高、数据传输率高和动态范围大,完全符合高速大容量数据采集的要求。

    实际的轮轴超声检测中,检测系统可以准确地采集检测部位的超声回波信号,并能够进行实时数据处理,然后将检测结果以图像表示出来。控制简单方便,检测结果快速准确。

    针对火车轮轴超声检测,根据其信号特点进行特殊的处理,可以使超声检测的灵敏度与准确度大大提高。

1　高速数据采集卡功能

    一个数据采集系统的基本任务就是测量产生于现实世界的物理信号。基于计算机的数据采集系统结构图如图1所示,框图见图2。

    外触发控制整个系统开始工作的时间,信号首先通过可控增益运算放大器放大,然后进入A/D进行模数转换,运算放大器的增益通过一个数模转换器由复杂可编辑逻辑器件(CPLD)控制。信号转换为数字量之后进入CPLD,通过CPLD进行简单的检波和数据处理,并把数据存入SRAM存储器,当一次采集结束时,CPLD会把所有的信号通过PCI总线接口送入计算机进行数据后处理和分析。

    为实现多通道高速同步数据采集、存储及分时传送的基本功能,该卡具有以下功能和特点

    (1)可直接插入PC的PCI总线插槽中,且可根据需要多卡并行工作,多通道同步采集数据。

    (2)每块卡均能独立完成四路模拟信号的同步数据采集,并将数据顺序存储在卡上的SRAM存储器中,每路的存储深度为128 k,宽度为8位。

    (3)每个通道的采样速率为40 MHz,A/D转换器的分辨率为8位。

    (4)卡上配有微控制器负责管理和控制多路数据的同步采集存储及向主机的分时传送。

    (5)卡上配有宽频带模拟信号放大器,放大倍数可程控自动选择(-20~+60dB)。

    (6)多种可编程控制的工作方式选择,使用方便灵活。

    (7)每次采样长度可编程控制。

2　数据采集卡软件功能

    系统软件设计包括数据采集卡的硬件驱动程序(使用Driver Studio,DDK,VC++)和用户的界面程序(使用VC++)两个部分。

    界面程序主要实现采样参数如采样频率、采样量程和触发方式等的选择,启动采集,读取并保存采集数据,对采集数据进行处理后实现波形再现