基于DDS技术的脉冲涡流检测系统

　　0   引言

　　脉冲涡流检测技术是检测导电材料表面或近表面缺陷的一种无损检测方法，它以电磁感应为基础。激励在被测金属试件中产生瞬态感应涡电流，与快速衰减的磁脉冲一并在材料中传播，形成一个衰减的感应场，通过测量元件，输出一系列的电压-时间信号。传统的涡流检测采用感应线圈探头及单一正弦波或多个离散频率连续谐波作为激励[1]，脉冲激励及响应由一列宽带频谱构成，具有可同时检测不同深度处的缺陷并使得信号可以直接在时域中进行分析且成本低廉等优点，被认为是未来最有发展潜力的无损检测技术之一[2]。

　　针对脉冲涡流检测系统中要求信号源频率范围从0.1～600kHz连续可调，频率精度为±2.0%，频率分辨力为1Hz的问题，本文采取了直接数字频率合成技术 (Direct　Digital　Frequency　Synthesis，DDS)，很好地解决了脉冲涡流检测中需要频率可连续调节、频率稳定性好的高性能激励源的问题;此外采用DDS方案还具有体积小、价格低、易于实现全数字化的设计等突出特点。

　　1　脉冲涡流检测系统的构成

　　脉冲涡流检测系统由三部分组成：激励信号发生单元、磁场测量单元和信号采集单元[3]。具体检测系统方框图如图1所示。通常，由于信号源输出功率很小，带负载能力很弱，必使用合适的功率放大器来增强信号的驱动能力，本文中使用现有的功率放大器。系统探头部分采用塑料圆形骨架作为传感器激励线圈的缠绕骨架，选用线径为0.30mm，允许最大安全电流为5A的漆包线在磁芯骨架上紧密绕制而成，共绕制了500匝，磁传感器固定在圆形骨架的底部圆心位置[4]。

　　根据法拉第电磁感应定律，检测线圈上的瞬态感应电压Vf为：

        本系统中采用12位的凌华PCI9812数据采集卡进行数据采集，采样频率最高为20MHz，A/D分辨率为12bit。在上位　　机PC上，使用Visual　C++设计了Windows界面化的GUI数据采集软件。

　　2　DDS的技术实现

　　在脉冲涡流检测中，对于不同的被测试件，涡流的标准渗透深度δ可表示为：

        本文选用AD公司的AD9850芯片为核心设计激励信号源。AD9850芯片的最高时钟频率为125MHz，主要由可编程DDS系统、高性能模数转换器和高速比较器三部分组成，能够实现全数字编程控制的频率合成。

        DDS的基本原理是利用采样原理，通过查表法产生波形。DDS的基本结构如图2所示。相位累加器在稳定时钟信号的控制下产生读取数据的地址值，随后通过查表变换，地址值被转化为信号波形的数字幅度序列，再由数/模变换器 (D/A)将代表波形幅度的数字序列转化为模拟电压，最后经由低通滤波器将D/A输出的阶梯状波形平滑为所需的连续波形。