数字化超声探伤仪中超声信号高速采集技术

　　0　引　言

　　超声无损检测技术,是根据材料的缺陷所显示的声学性质对超声波传播的影响来探测其缺陷的方法,利用该技术可以测量各种金属、非金属、复合材料等 介质内的裂缝、气孔、夹杂等缺陷信息。超声回波信号是高频信号,其中心频率最高达到20 MHz以上,要对这样的高频信号数字化,系统就对模数转换电路提出了很高的要求。

　　根据Shannon采样定理与Nyquist采样准则,在理想的数据采集系统中,为了使采样信号不失真地复现输入信号,采样频率至少是输入信号 最高频率的两倍,在实际使用中,为保证数据采集准确度,应增加在每个输入信号周期内的采样次数,在实际应用中一般每周期采样7~10次。在有些系统要求 中,采样信号频率则要求更高。

　　现有的模数转换电路方案在可靠性、功耗、性能价格比和采样速度上都存在诸多不足[1],不能满足实际的需要,而大规模集成电路技术与高准确度相位控制技术的发展为设计高速、高可靠性、低功耗和低成本的超声信号采集方案提供了可能性。

　　1　数字式超声探伤仪原理

　　数字化超声探伤仪的功能框图如图1所示

       数字化超声探伤仪一般包括超声发射单元、超声接收单元、信号调理单元(包括放大、检波、滤波等模拟信号处理环节)、模数(A/D)转换单元、数据缓冲单 元、数据处理单元、波形显示单元以及系统控制与输入输出单元(包括通讯、键盘操作、报警等)。本文主要讨论数字式超声探伤仪中高速采集的关键技术与实现方 法,涉及A/D转换单元和数据缓冲单元.

　　2　高速采样硬件方案

　　根据超声探伤信号具有重复性的特征,设计中采用了基于相位合成技术的高速采集方案,方案的结构框图如图2所示。

　　该高速数据采集方案包括单片高速A/D转换器、采样控制信号多路选择器、控制信号相位延迟器、数据缓冲存储器、采样控制逻辑单元、采样数据缓冲 控制逻辑单元以及发射控制逻辑单元7个功能模块。其工作原理是,当采样触发同步脉冲到来时,采样控制逻辑产生A/D转换控制信号A,控制信号A经过相位延 迟和通道选择器到达A/D转换器的采样控制端,A/D转换器在控制信号A的驱动下进行模拟数字的转换,转换结果在缓冲控制逻辑的控制下写入高速数据缓冲存 储器。本次触发采样结束时,采样控制逻辑对数据处理器发出采样中断命令,同时采样控制信号多路选择器将控制信号切换到B,并等待下一个采样触发同步脉冲。 数据处理器响应采样中断,在中断程序中读取高速数据缓冲区中的采样数据,并按照一定的顺序将采样数据存放到