基于DDS技术的涡流检测阻抗信号分解器的设计与实现

　　1　引　言

　　在涡流检测中,缺陷长度和高度与阻抗信号幅值存在对应关系,且缺陷深度对检测信号引发相位滞后效应,即离表面不同深度的涡流相位滞后于表面涡流的相位,且深度与信号相位存在一定的关系,利用该效应的相位分析,能够判别出缺陷深度并区分缺陷信号与其它无关的干扰信号。基于当前的研究成果,线圈阻抗信号的二维分析能够提供关于缺陷的更为丰富的信息,从而能够大大提高缺陷检测的准确率,所以对检测线圈阻抗的相位和幅值信息的可靠提取是涡流检测的关键技术之一。①

    　2　阻抗信号分解的相关理论

　　涡流检测线圈的阻抗值是一个矢量,可分解为相互垂直的电阻分量R和感抗分量XL,表示为:

　　采用阻抗分析法,根据阻抗信号反演被测缺陷的形状和位置,需要将检测线圈的阻抗信号进行正交分解,即得到电阻分量R和感抗分量XL。阻抗信号分解的硬件框图如图1所示。图1中载波频率振荡器即为涡流检测系统的激励频率振荡器,该振荡器一方面要为涡流探头中激励线圈提供激励电流并产生激励磁场,从而在试件中产生涡流,受涡流磁场影响后的检测线圈的阻抗信号经桥路转换成电压信号,并经前置放大处理后得到信号Us,Us为两个相敏检波电路的输入信号;另一方面该振荡器的输出信号经过可调移相器调节后作为一路相敏检波器的参考信号Ur1,同时经过90°移相器的信号作为另一路相敏检波器的参考信号Ur2。相敏检波器由模拟乘法器与低通滤波器构成[1~3]。

　　低通滤波器滤除高频分量后,得到UR输出表达式为:

　　由上述推导过程可发现,相敏检波的参考信号Ur1和Ur2相位差应为90°,即两参考信号应该是正交的。综上所述,同步且正交的相敏检波参考信号的实现是阻抗信号分解技术的核心设计内容。在此基础上,将UR和UX经过数据采集卡传送到PC机上进行相关数据处理,可完成对缺陷参数的定量分析。

        3　基于DDS技术的涡流阻抗信号分解器

　　直接数字频率合成(DDS)技术是一种具有低相位噪声和优良杂散噪声性能的灵活的频率源,它在许多应用中能比基于锁相环(PLL)的频率合成器有显著的优势。作为一个基于数字的波形发生器,其频率、相位和幅度的改变可以通过一个简单的可编程端口来实现。由图1可知载波频率振荡器是构成涡流检测阻抗信号分解器的组成之一,为得到频率可调且相位正交的相敏检波参考信号,鉴于DDS技术在频率合成上的各种优势,近年来DDS技术在涡流检测上的应用越来越广泛。