基于DSP与FPGA的便携式超声探伤仪

　　超声探伤回波中的缺陷信号往往与系统电噪声、金属组织噪声混在一起。因此,只有作进一步处理后才能提高系统的信噪比和提取出有效的缺陷信号。目前很多超声检测系统都采用了基于PC机的技术路线,在此平台上研制数据采集卡和驱动装置,　因为PC技术已经相当成熟,这种方法较易实现。但超声检测多在野外,要求携带方便。而现有的便携式仪器大多以单片机为核心,精度不高,或缺乏对复杂信号处理算法的支持,对粗晶材料等强散射材料进行检测时,由于晶粒粗大,A型超声信号中含有大量的草状回波,将微小的缺陷信号淹没,信噪比　　很低,简单的信号处理方法效果一般。

　　针对以上问题,提出了一种基于DSP与FPGA的高性能的便携式超声探伤仪,通用DSP的优点是通过编程可以应用到广泛的产品当中去,且已经能满足算法控制结构复杂,运算速度高,寻址方式灵活和通信性能强大等需求。但是对于需要处理的数据量大,处理速度高,但是运算结构相对比较简单的底层信号处理算法来说,并没有优势可言,而这恰好是FPGA硬件的强项。采用DSP+FPGA的数字硬件系统正好把两者的优点结合到一起,兼顾了速度和灵活性,既满足了底层信号处理的要求,又满足了高层信号处理的要求。因此信号处理部分采用FP-GA+DSP方案,提高超声探伤仪器精度和信号处理能力。

　　1　系统原理

　　系统框图如图1所示。

　　1·1　数据采集与前处理部分

　　系统采用单发单收的A扫描方式进行超声检测。系统带宽为0.3~10 MHz-3dB。由FPGA发　射宽度可调的脉冲来控制发射电路。增益电路采用超低噪声双通道差分可编程对数增益放大器AD604和AD605级联来实现96 dB(-14~82 dB)的增益动态范围。A/D采样电路采用差分型模数转换器MAX1183,MAX1183是+3 V单电源供电双通道10位40 MHz全差分模数转换器,采样电压范围(-1~+1 V)。其模数转换通过9级差分流水线实现,每半个时钟周期完成一级转换,包括输出锁存器的延迟,整个转换过程共延迟5个时钟周期,即125 ns。AD采样数据经GPA进行预处理。

　　1·2　控制与信号处理部分

　　控制与信号处理部分采用FPGA+DSP方案。系统设计成可以根据当前需要,改变FPGA映射及其信号处理算法,以实现现场重配置,从而使FPGA可以根据当前的材料特性执行新的信号处理算法.针对不同的信号处理算法有不同的FPGA配置数据,存储在FlashROM内,在需要时由DSP读出,对FPGA重新配置.

       DSP采用美国德州仪器(TI)公司的浮点型数字信号处理器TMS320C6713。TMS320C6713是TI公司在TMS320C6711的基础上推出的C6000系列浮点DSP芯片。它可在255 MHz的时钟频率下实现1 800 MIPS- 1 350 MFLOPS的定点和浮点运算,极大程度上满足了高速数据采集与实时控制系统对信号处理速度的要求。DSP主要进行系统控制并将数据进一步处理。