超声波C扫描系统研制及其关键技术

    超声波检测是材料检测最常用的方法之一, 具有检测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、速度快、灵敏度高、操作简单、对人体无害, 以及便于现场使用等优点[1]。因此, 它是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。

    超声波C扫描系统是将超声检测与微机控制、数据采集/存储/处理, 以及图像显示集成在一起的系统。超声波C扫描系统中, 计算机控制超声波换能器 ( 探头) 在工件上纵横交替扫查 (如图1所示), 能够将各扫描点处的一些参数 ( 如厚度、声速、回波幅度) 以不同灰度 ( 或颜色) 进行显示。利用超波C扫描检测系统, 实现被测试件二维超声幅度衰减和声速成像的C扫描检测, 就可以通过超声幅度衰减和声速的平面分布来间接测量评价材料的弹性模量, 进而评定材料的机械性能。

    1 C扫描系统的硬件组成

    本文设计的超声波C扫描系统采用的硬件设备有: 泛美9100型超声探伤仪、Galil DMC1842四轴运动控制卡、凌华( ADLINK) PCI- 9820高速数据采集卡、研华610H工业控制计算机和三坐标扫描机构, 如图2所示。

    1.1 数据采集卡[2][3]

    数据采集卡完成数据的采集和转换。整个过程采用阻塞方式工作, 即: 当数据采集完成后, 计算机才能进行其它操作。凌华 (ADLINK) PCI- 9820高速数据采集卡具有如下特性:

    (1) 14- bit A/D分辨率;

    ( 2) 双通道采集。如果以内部时钟为时钟基准, 每个通道可达到60MS/s的采样率;

    ( 3) 在 “Ping- Pong”模式下, 采集卡的采样率可达到120MS/s (内部时钟基准);

    (4) 可变输入阻抗功能, 可选输入阻抗有50Ω和1.5MΩ。

    本系统使用的探头频率大多在1MHz～5MHz之间, 为了信号的连续性, 采样频率应不小于模拟信号最高频率的10倍, 所以, 采样频率应不小于50MHz, PCI- 9820完全能够达到要求[4]。

    在采集卡工作之前, 要根据超声波信号的输出阻抗,调整采集卡的输入阻抗[5]。本系统中, 由于信号源 ( 探伤仪9100) 的输出阻抗比采集卡的输入阻抗要大, 所以, 要在采集卡上进行跳线操作使得输入阻抗为1.5MΩ。

    在数据采集之前还要对数据采集卡的采集频率进行校准, 方法是用函数信号发生器, 产生频率为10MHz的正弦波信号, 若设定数据采集卡的采集频率为120MHz, 并在软件中设置采集深度为120, 那么软件A扫描界面中应该显示有10个周期的正弦信号, 否则, 则说明采集频率不准确。

    1.2 运动控制卡[6]

    本系统中采用GALIL DMC1842运动控制卡, 该卡具有如下特性:

    (1) 直接与PCI插槽相连, 安装方便;