超声C扫描成像自动检测系统的研究与实现

　　该系统具有成本低廉、检测速度快、误检率低和显示直观等优点。经对布纤维复合材料试验表明,该系统能够检测出直径为1 mm的气孔,能够实现对微小缺陷的成像检测。

　　超声成像无损检测是自动控制、数字信号处理等多种技术相融合的典型应用。它利用传感器技术,通过计算机控制检测设备,进行自动检测,最后利用软件实现缺陷图像的实时显示与处理[1]。是实现缺陷定位、定量和定性,以及无损评价的关键技术之一。

　　1　C扫描成像原理

　　超声C扫描是一种沿垂直于声束横断面的二维扫描方式,显示被测试样的横断面状况。C扫描可以通过数控扫描系统,运用插补原理实现各种轨迹的扫描。在自动检测中,通常采用水浸聚焦探头进行水浸扫描。C扫描在新型复合材料、电器开关触头和集成电路等检测中显示出了一定的优越性[1-2]。

　　在C扫描检测中,需要在记录某一点缺陷有无的同时记录这一点的坐标。进行检测时,换能器在步进电机或人工带动下进行迂回运动,每行进一步,发射/接收超声信号一次。电脉冲激励的超声脉冲通过耦合剂进入试件,如试件中无缺陷,它可一直传播到试件的底面。如果底面光滑且平行于探测面,按照反射原理,超声脉冲被底面反射而返回换能器,换能器将返回的声脉冲转变为电脉冲,经A/D转换传入计算机。将每一点所提取到的超声回波信号特征量以彩色或灰度的形式表现出来,于是便得到C扫描图像[3-4]。

　　2　成像系统的总体设计

　　整个检测系统由主机部分、组合探头装置、机械装置、从机部分、超声波发射接收电路和信号采集等部分组成(图1)。

　　下位机通过程序控制步进电机、超声发射/接收电路,按照预先设计的方式对被测工件进行超声扫描。超声回波信号经信号调制电路处理,由数据采集系统采集输入上位机(计算机),对信号进行处理。检测完成后,显示检测结果并打印。

　　3　超声波发射接收电路

　　发射电路主要由DC-DC电源模块、窄脉冲发生电路和激励电路所组成。DC-DC电源模块用来完成10~400 V的转换,窄脉冲发生电路的任务是将下位机发送来的触发信号转换成窄脉冲信号,此窄脉冲信号由激励电路激励探头产生。

　　超声发射电路一般要求有较高的发射电压(100~1 000 V),这样可以使得电容的充电电压较高,保证充足的发射能量来激励压电晶片。利用场效应管或可控硅的导通与截止时,电源电压通过电阻向电容充电、放电,产生一短脉冲,激励晶片发射超声脉冲。发射频率主要由晶片的固有频率决定。

　　接收电路的主要作用是将接收的超声波加以放大、衰减和滤波,以利于后续部分对信号的处理和显示,主要包括放大器、带通滤波器等,起关键作用的部分是放大器。