一种高速多通道涡流信号采集系统的设计与实现

　　涡流检测是基于电磁感应原理的一种无损检测技术。一维(幅度)检测和二维(幅度和相位)综合检测是涡流检测中的主要方法。二维检测提供更为丰富的关于被测对象的信息,因而具备较高的检测率和较低的虚警率。对二维信息的可靠提取是涡流检测技术的关键。为了提高检测速度、缩短信号处理时间以及利于信号实时处理,涡流检测探头的选型以及精度的确定十分重要,为了缩短涡流信号实时成像处理的时间,一般可采用加大探头的移动速度和单检测线圈改为多检测线圈来实现,然而机械扫描速度不可能很高,所以采用线阵探头且使用电子开关,这样在一次扫描过程中,各探头同时进行信号采集,通过电子开关选通控制,这样可以加快信号采集速度。

　　1　采集电路的设计

　　采集电路原理如图1所示,来自线阵涡流传感器的多路信号首先经过多路模拟开关,模拟开关在数字信号处理器(DSP)的控制下对多路信号进行逻辑切换,这里选用的是AD7502多路模拟开关,它同时选通两路,因此前置放大器必须能满足两路同时输入。放大的信号送到X-R正交分解器进行相敏检波和低通滤波处理后,再经A/D转换后送入数字信号处理器进行预处理,完成信号的实部和虚部的幅值和相位角的预处理,以及它们与扫描坐标的对应关系。

　　1.1　传感器的选型

　　随着科学技术的进步,涡流检测技术也在不断完善与发展。传统的涡流检测技术有两个缺点:

　　(1)分辨力的限制　高分辨力是在缩小涡流场半径条件下获得的,因此,高分辨力与探头的有效扫描宽度之间存在矛盾。

　　(2)大面积扫描和深层检测的限制　对于高分辨力的大面积涡流检测,线阵涡流探头将会比传统的机械式扫描探头更具优势。近一二年间加拿大R/D公司等已成功地将这一技术应用于许多工业领域。因此,采用线阵涡流传感器有利于提高信号检测速度和进行实时处理。

　　1.2　线阵涡流传感器的工作原理

　　线阵涡流探头是将很多小探头线圈按特定的结构类型密布在敞开(或封闭)的平面或曲面上构成的阵列。工作时,采用电子学的方法按照设定的逻辑程序,对阵列单元分时切换,将各单元获取的涡流响应信号接入仪器的信号处理系统中,完成一个阵列的巡回检测。线阵涡流探头的一次检测过程相当于传统的单个涡流探头对部件受检面(平面或曲面)的往返步进扫描的检测过程^[1]。

　　涡流信号的响应时间极短,只需激励信号的几个周期,高频时主要由信号处理系统的响应时间决定,因此,线阵涡流传感器的单元切换速度可以很快。这就使得探头整体允许的(手动式或机械式驱动)扫描速度也可以很快。这一点是传统的探头机械扫描(不论是旋转扫描或二维平面扫描)系统所无法比拟的。与传统的涡流检测系统相比,线阵涡流传感器系统主要是增加了逻辑切换部件。这部分电路模块可内置于探头中,也可装在仪器里。模拟切换可以是简单的线圈单元切换, 也包含对某些类型线圈进行组合以克服检测盲区。其主要特点是: