通用串行总线技术在超声探伤中的应用

　　超声检测技术是工业无损检测中研究和应用最为广泛的技术之一,目前已被广泛应用于科学、工程和医学等领域。20世纪80年代后期计算机技术和超声技术相结合使得数字化超声探伤仪的研究得到迅速发展,数字化超声探伤仪不仅具有模拟超声探伤仪的基本性能,还能进行数据存储和运算,并实现了缺陷的自动判别。目前国内也存在各类数字化超声波检测设备,并已成为超声检测的发展方向[1]。

　　超声探伤仪的数字化研究也出现了新的问题,即如何提高系统的频率范围、信号采集与分析以及大量数据的存储和传输等[2,3]。为解决这些问题,作者把USB接口技术应用于超声探伤仪,设计出基于便携式PC机的超声探伤系统。该系统也采用了现场可编程门阵列(FPGA)芯片进行信号处理,PC机、EZ-USB及FPGA芯片的应用大大提高了系统的灵活性和功能升级的潜力。

　　1　采用USB技术的超声检测系统

　　1.1　超声检测系统硬件设计

　　超声探伤系统(图1)由前端、数字信号处理和主机控制系统三部分组成。其中模拟前端的主要功能是超声波发射、回波接收和预处理,该部分主要解决触发脉冲的产生、回波随探测深度增加引起的衰减的补偿、回波动态范围的控制以及放大器的工作稳定性等问题,回波信号经该部分处理后经过高速A/D芯片转换成数字信号进行数字处理。FPGA实现信号的数字处理及前端控制参数的输出,控制参数主要包括探头触发脉冲、衰减控制参数和TGC(时间增益补偿)参数。FPGA处理后的数据经由USB接口送给主机,主机利用该信号完成波形显示、检测参数控制和探伤报告管理等。系统工作时,主机先把检测参数(衰减控制、TGC补偿参数和信号数字处理控制参数)通过USB传给FPGA,后由AN2131控制采样过程和数据传输,这些参数也可以在检测过程中实时地改变。

　　1.2　探伤控制系统设计

　　探伤控制系统采用VC++平台,其界面友好,操作简单,能实现对探伤回波的显示、数据管理、报表生成及打印等功能。系统运行时,应用程序根据USB传送来的回波信号的幅值及地址数据,进行相应的计算和处理,显示出其图形,而且还可通过实时改变采样参数改变回波的衰减及补偿值并能对回波图形进行局部放大进行重点显示。通过屏幕上的闸窗,还可比较闸窗内波高的幅值,当波高幅值超过一定高度时,自动报警功能就会自动发出报警信息。存档功能模块记录探伤参数和探伤结果等,简化了记录工作,实现了客观信息存档备案,便于科学管理,提高了超声检测的客观性、准确性和可靠性。

　　2　USB接口设计