多通道超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備數(shù)據(jù)采集處理技術(shù)-飛泰

超聲波探傷作為一種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，具有穿透力強(qiáng)、設(shè)備簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏度高、使用方便和安全性好的優(yōu)點(diǎn)，在產(chǎn)品質(zhì)量控制、結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估、部件剩余壽命預(yù)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。它利用材料本身或內(nèi)部缺陷的聲學(xué)性質(zhì)對(duì)超聲波傳播的影響，非破壞性地探測(cè)材料內(nèi)部和表面的缺陷大小、形狀和分布狀況。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和高速器件的不斷發(fā)展，超聲波信號(hào)的數(shù)字化采集和分析逐步代替了傳統(tǒng)的超聲探傷方式，而大規(guī)模集成電路與嵌入式控制技術(shù)的發(fā)展為設(shè)計(jì)高速、高可靠性、低功耗和低成本的超聲信號(hào)采集方案提供了可能性。

飛泰設(shè)計(jì)的基于FPGA的數(shù)字化超聲探傷數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要包括超聲發(fā)射接收單元、信號(hào)調(diào)理單元(包括放大、檢波、濾波)、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)緩沖處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。

核心處理器DSP采用的是TMS320VC5402。該芯片是TI公司TMS320VC54X系列的DSP芯片，是為實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的DSP芯片，主要應(yīng)用在通信、數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中。該芯片采用CMOS制造工藝，屬于第七代DSP產(chǎn)品，它的工作頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。FPGA選擇一片美國(guó)ALTERA公司的APEX20K系列EPF20K300EQC240-1，它有300000的門(mén)陣列資源，240個(gè)管腳，152個(gè)I/O口，輸入輸出電壓可以兼容5V、3.3V、2.5V，應(yīng)用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行編程控制。

超聲波探傷回波具有準(zhǔn)周期特性，A/D器件對(duì)波形的采樣實(shí)際上只需要很少的一段時(shí)間。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們采用了多通道時(shí)分復(fù)用技術(shù)。這一技術(shù)的核心思想是通過(guò)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)(MAX4141)的控制，依次對(duì)4個(gè)通道超聲波觸發(fā)和數(shù)據(jù)采樣，降低了系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的控制電路。發(fā)射電路的激活是由FPGA來(lái)完成的，當(dāng)FPGA輸出的同步控制脈沖加在某一發(fā)射電路上時(shí)，該發(fā)射電路便開(kāi)始工作。超聲發(fā)射電路主要用于產(chǎn)生高壓窄脈沖信號(hào)(400V)，此高壓窄脈沖信號(hào)加載在超聲探頭的壓電晶片上，將電能轉(zhuǎn)換為聲能(機(jī)械能)而產(chǎn)生超聲波信號(hào)。回波信號(hào)經(jīng)過(guò)通道選擇開(kāi)關(guān)后，進(jìn)行信號(hào)放大與濾波，然后在FPGA的控制下進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。采用一片高速ADC器件，依次完成各路數(shù)據(jù)的采集，采集的數(shù)據(jù)在FPGA內(nèi)壓縮處理后存入其內(nèi)部的雙端口RAM中，然后由微處理器讀取數(shù)據(jù)，然后存儲(chǔ)到硬盤(pán)中待分析。