基于DDS的超声导波激励信号源的设计

　　0　引　　言

　　作为一种新的管道无损检测技术,超声导波管道检测技术与常规超声无损检测方法相比,具有检测距离长,检测速度快等突出优点。超声导波在管道中传播时存在多模态与频散特性,若超声导波所用的激励源仍采用常规超声检测时宽带激励的方法,则在管道中所激发出的超声导波,将会发生频散,即不同频率的超声导波其群速度也不一样,这样会使管道中接收到的超声导波回波信号的幅值微弱,不利于缺陷检测的分析与处理,频散严重时可能无法得到缺陷回波信号。通过分析频散曲线可知,在某一频率范围内,某一模态的导波几乎不发生频散,纵向轴对称导波模态L(0,2)就是其中的一种,L(0,2)模态在一定的频率范围(40~500 kHz)内其传播速度几乎保持不变,且传播速度最快[2]。若采用相应频段内的窄带脉冲作为激励信号,则可激励出L(0,2)模态占主导的超声导波,这样可最大限度地避免超声导波的频散现象带来的不利影响。利用单片机,DDS等设计了专门用于激励超声导波的窄带激励信号源,该信号源可实现汉宁(Hanning)窗的宽度可调,单音频信号频率可调的功能,提供了一种用于激励超声导波的激励信号源的设计方法。

　　1　系统的总体结构

　　根据超声导波在管道中的传播特性,对于不同材料及尺寸的管道,所需的超声导波窄带激励信号的频率及周期数不尽相同。采用单片机控制两片DDS分别产生汉宁窗信号与单音频信号,实现汉宁窗调制下的单音频信号的频率可调,汉宁窗波形的宽度可调的功能,两片DDS的两路输出信号分别经过低通滤波、放大等处理后,其中一路输出的正弦信号需要经移平电路转化为双极性,最终由模拟乘法器实现两路信号的调制,产生用于激励超声导波的窄带激励信号。总体结构如图1所示,其中键盘与显示屏分别用于设置与显示汉宁窗信号的宽度、单音频信号的频率及汉宁窗脉冲的周期数。

　　2　DDS基本原理

　　AD9850是美国ADI公司推出的高集成度的DDS芯片,其时钟频率最高可达125 MHz,频率分辨率0.00291 Hz,理论输出信号的最高频率为62.5 MHz。它的工作原理为在参考时钟CLKIN和32位的相位累加值ΔPhase的作用下,将相位累加值信号截断成14位输入到COS查询表,查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC,由DAC输出两个互补的电流,DAC满量程输出电流通过一个外接电阻Rset调节,调节关系为输出电流Iout=32×(1.248V/Rset)(1)式中:Rset的典型值为3.9 kΩ,这样输出电流Iout为10 mA。

　　输出信号的频率与各输入量的关系为fOUT= (ΔPhase×CLKIN)/232(2)式中:fOUT为输出信号频率,CLKIN为输入参考时钟频率,ΔPhase为32位的相位累加值,232为累加器模值。