基于LabVIEW的涡流检测系统研制

随着计算机技术的飞速发展,虚拟仪器技术应运而生。它利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板,用以控制底层硬件,并利用强大的软件支持来完成信号的采集、分析、显示和存储。与传统仪器相比,虚拟仪器技术有利于提高检测仪器的数字化和智能化水平,并且能缩短仪器的研发周期,降低研发成本[1]。

LabVIEW虚拟仪器工程平台是美国NI公司推出的一种基于G语言(图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。笔者利用LabVIEW平台以及自主研制的涡流检测硬件电路,构建了一套涡流无损检测系统。

1　检测系统总体设计

涡流检测系统由硬件和软件组成。硬件包括计算机、涡流检测电路、数据采集卡以及传感器。其中涡流检测电路包含了激励源、交流电桥、前置放大、平衡、可调增益放大、相敏检波和滤波等模块。检测系统的总体框图如图1所示。

计算机通过RS232串行口向单片机传送检测参数;传感器输出信号经过涡流检测电路的处理后,通过数据采集卡进入计算机,最终在计算机屏幕上显示出来。

2　涡流检测硬件电路设计

涡流检测硬件电路的激励源、平衡电路以及相敏检波电路是硬件电路设计中的重点和难点。

2.1　激励源的设计

激励源信号的好坏对系统性能影响很大。要求激励信号波形良好,频率和幅值稳定。采用直接数字频率合成(简称DDS)技术产生激励信号。DDS技术是一种应用数字技术产生信号波形的方法,相对于其它的信号波形产生技术,DDS具有输出信号的频率稳定度高、幅值稳定、信号频率转换速度快、可编程和易于控制等优点。笔者应用单片机AT89S51和DDS芯片AD9854设计了一种具有两路输出的信号源。两路输出之间的相位差固定为90°,信号峰峰值为1 V,输出信号的频率范围为0~2 MHz。用户在上位机界面设定好频率控制字,通过RS232串行口传递给单片机,由单片机控制AD9854发出设定频率的正弦波。信号源输出的其中一路信号经过功率放大后用于激励交流电桥,而另一路信号则作为平衡和相敏检波时的参考信号。

2.2　自动平衡电路设计

由于电桥本身存在不平衡,即使在没有缺陷的情况下,电桥的输出也会有一个较大的固定信号。在检测时,这个固定信号会使放大器较早地达到饱和,从而影响缺陷信号的放大。因此必须抑制掉这一固定的不平衡信号[2]。

不平衡信号是一正弦交流量,其频率与载波频率相同。这个不平衡信号可以通过给它加一个幅值相等但相位相反的信号来抑制,这一过程就称为平衡。所需的抑制信号可以通过向量合成的方法来合成。假设所需合成的信号为Acos(ωt+φ)。由于: