超声探伤仪智能系统设计

　　1　超声探伤仪系统结构

　　图1是单片机控制的金属超声探伤仪系统的方框图。为便于单片机控制系统的设计,针对超声探伤仪的结构及工作特点,对主要电路作以下说明。

因探头将从工件内部反射出来的缺陷波、始波和底波一起经过衰减器送入放大器,所以信号处理电路应能有效地取出缺陷波,而抑制始波和底波。此系统用线性门(闸门)和延时电路来达到此目的。延时电路是将同步脉冲延时一定时间(例如:1·5μs),用延时后的信号再触发门控宽度电路,用门控宽度电路的输出脉冲去选通线性门。线性门在选通时间内输入和输出呈线性关系,其传递函数接近于1;不选通时输出为0。因此线性门能从时间上阻塞始波和底波,利于对缺陷信号的处理和提取。门控宽度可根据工件的厚度、材料性质等调节。单片机可通过中断请求的方式来控制。放大器由中心频率一定(例如: f0=2·5MHz)的多级调谐放大器组成,总放大倍数要求为1000倍左右,不失真电压输出大于5V,满足A/D要求。峰值保持电路实际上是一个脉冲展宽电路,它除了有利于信号处理外,主要作用是能将同一个平面位置上的不同深度的工件缺陷波中最大的一个保持下来,利于实际操作时先找到主要缺陷。其保持时间一般为几百微秒。

　　2　单片机控制系统设计

　　硬件设计　控制系统的原理如图2所示。此处选用以AT89C52微处理器为核心进行数据采集、处理的单片机系统。根据实际情况,进行数字量化的时间t (即模拟转换的时间),必须小于超声波同步脉冲的周期(例如: 1ms),因此可以采用中速廉价的单模拟量输入的8位A/D (ADC0804)、D/A (DAC0832)。用6N137隔离和缓冲器抑止超声波发生、回波处理等高频、高压电路与低频、低压控制电路之间的互相干扰。P1口为4×4的矩阵式键盘,用于时间和功率设置(按材料性质和厚度等)、暂停、脉冲控制、复位等功能键; P2口为地址总线,用于给逻辑电路、A/D、D/A和启/停控制电路提供地址; P3口

　　设置系统指示灯、蜂鸣器报警装置及看门狗电路。P0口扩展为I/O口,通过锁存器芯片连接其他外设,选用带三态门的74LS373锁存器。软件设计　图3是测量程序的流程图。本系统采用内部定时和中断方式进行数据输入。定时器除发出同步脉冲外,作为一个内部时钟供系统定时用。程序启动后, CTC中断是定时实现的。如果未检测到缺陷波,转换结果为0,则立即返回到主程序;如果本周期检测到缺陷波,则将取得的数据以及时间缓冲寄存。将接收到的缺陷波的时间存入的目的是为了用这个时间来计算缺陷波的位置,计算得到位置的精度取决于时间的精度和探头移动速度的均匀性。由于测量是定时的,所以测量的终止由时间来控制是一种最简便的方法。测量结束后立即转入数据处理,打印输出。数据处理的任务是: (1)由于探头在工件上移动时每个缺陷可能在连续几个周期内反射出缺陷波,必须将它们作为一个缺陷来处理。(2)计算每个缺陷的大小和位置。(3)统计缺陷分类数,计算产品等级。数据输出的最简单方式是打印输出,也可以配绘图仪或CRT显示。系统的测量程序固化在AT89C52内部的Flash存贮器中。此系统的工作状态主要可分成待机、设置状态和探伤状态。系统的复位功能由硬件实现,直接接在AT89C52的复位引脚上,在任何时刻都能使系统自动复位。