超声检测系统中数据采集电路的柔性设计

　　在超声波无损探伤中,缺陷波的峰值信号是一种常被采用的判定依据.在以回波峰值为特征的各种产品的自动检测中,都需要解决特征信号采集和超声波触发的同步问题[1].在早期的超声系统设计中,软件定时或中断定时技术是同步的主要实现手段.但在Windows操作系统下,受多任务特性和中断的响应速度限制,软件定时和中断定时精度难以满足系统要求.而且检测通道越多,软件同步的技术难度也越大.为此,文献[2,3]分别介绍了两种硬件同步控制与采集技术,文献[4]介绍了一种适用于Windows操作系统下的多通道探伤中的硬件同步技术和相应的软件编程结构.该技术使计算机不再对超声波触发和数据采集直接控制,降低了检测系统对计算机速度的依赖性,而且检测通道数量的增加不影响软件编程结构.但是根据检测系统的具体要求需要设计具有同步功能的专用数据采集电路,缺少灵活性.作者提出了一种数据采集的柔性设计思想,给出了柔性设计中的一些基本设计准则,并设计了一种基于PCI总线的柔性数据采集产品[5].在基于柔性设计技术的产品中,不仅具有能满足一般数据采集中所需要的基本功能,还配置了一些可供用户二次开发的柔性硬件资源.用户对这些资源做一些简单的二次开发就可得到系统需要的特殊功能(即柔性功能).柔性设计技术为超声检测系统中特征信号采集与硬件同步技术提供了一种便捷的实现途径.本文在简要介绍柔性数据采集产品的主要功能基础上,重点介绍柔性数据采集技术在超声探伤系统上柔性功能的二次开发方法.

　　1　基于回波信号的超声检测系统的时序要求

　　回波信号检测方法是超声材料缺陷检测的一种最基本也是最常用的方法.在有效检测时间内回波峰值和回波积分值是表征材料缺陷的两个主要特征信号.例如利用回波峰值特征可以判定某材料包覆层粘接强度能否达到指标要求[1].图1是控制信号、超声回波信号、特征信号之间时序图.在图1中t1～t2有效检测时间位置和脉冲宽度可控制检测范围.回波信号Secho在超声波触发信号SF和特征变换控制信号TRC控制下经信号变换电路和保持电路得到TRC为高电平期间的回波最大峰值Spp和回波的积分值Si,它们在t2之后保持不变,直到下一个检测周期.系统必须在特征信号保持期间对特征信号采集.由此可见,SF, TRC和数据采集控制信号ADC应满足图1所示的时序关系.在实际应用中要求SF的周期和TRC的起止时间t1,t2能由计算机直接调节控制.

　　在早期的DOS系统中上述时序可由开关量卡在软件控制下产生.但视窗操作系统下,软件同步技术不仅控制精度低,而且使程序结构复杂,要求设计人员具有底层软件设计经验.虽然硬件同步技术可以简化软件设计难度和提高控制精度[1～4],但需要设计满足时序要求的硬件控制电路.所幸的是利用柔性数据采集卡上自身配置的柔性资源很容易设计出满足要求的电路.在此方法中,除信号变换电路之外,图1中SF, TRC和ADC信号都可以通过柔性功能开发实现,最后利用数据采集基本功能上的通道扫描方式和柔性触发方式完成两个特征信号Spp和Si的同步采集.