基于ARM平台的超声波自动探伤系统

　　最近几年，嵌人式32位ARM处理器软硬件、现场可编程门阵列(FPGA)以及高速数字信号处理(DSP)等技术飞速发展，使超声回波信号的高速采集、实时分析、并行处理、存储回放和视频显示成为可能。目前，国内外已经诞生了多种全数字便携式超声波探伤仪，在数据处理手段、仪器检测性能、设备系统化和智能化方面取得了巨大进步。然而便携式自动化超声波探伤系统仍基本采用基于DSP平台的方案，不运行任何操作系统，大大增加了软件架构的难度和复杂度，而且不利于以后软件的维护和升级圈。若基于ARM平台，可以移植运行Linux操作系统，十分有利于软件系统的研制，而且ARM平台一般内部集成LCD控制器、USB接口和NANDFLASH控制器，十分方便外部设备的接人，满足海量存储的要求。更有意义的是，ARM平台很容易提供网络支持等功能，将每台仪器通过网口实现网络互联，既可以组成局域网，实现数据的多通道采集，也可以连接至互联网，实现Internet远程控制。笔者提出了一种便携式多通道超声波自动探伤系统的实现方案，并对其中的一些关键技术加以详细说明。该方案采用多通道同时触发，并行采样、检波、压缩与存储、硬件实时报警、增益自动调节和闸门自动跟踪等技术，不但满足了自动探伤系统中的关键性能指标的要求，而且大大提高了系统的集成度和智能化水平。

　　1探伤系统的硬件结构

　　图1为基于ARM和R氏玉气的超声波自动探伤系统的硬件总体结构框图。整个系统主要由高速数据采集、H七A预处理与AR]劝后处理三大子系统组成。高速数据采集子系统主要实现对微弱的回波信号进行数控增益放大/衰减、带通滤波、高速采样以及探头阵列的同步触发，可控增益运放的增益调节，通道、阻尼和滤波器切换。FPGA预处理子系统主要实现对高速采样数据的FIR低通滤波、非均匀压缩、硬件实时报警、实时数据和压缩比双向传输以及其它时序控制逻辑。ARM后处理子系统主要实现包络波形的显示、回波信号的频谱分析、探伤标准的软件实现、人机交互接口以及一些相关外设的驱动。

　　1.1高速数据采集子系统

　　高速数据采集子系统是实现自动探伤系统硬件主要性能指标的关键，一般由数控增益放大/衰减器、带通滤波器阵列以及高速采样AIX二三个部分级联而成。该子系统采用三级数控增益放大/衰减器AD6O3级联，实现0.0一110.odB的增益动态范围;通过电源滤波、阻抗匹配、级间滤波、相位补偿和布局布线以及电磁屏蔽等技术，可满足平均电噪声电平<10%，垂直线性误差<3%的要求;采用80MHz高速采样ADC，可满足检测范围调节最小步进值为0.1~的要求;通过高压负尖波同时触发探头阵列和A工犯并行采样，保证各通道性能无明显差异;通过通道、阻尼和滤波器的切换，可适应不同型号的超声波探头。