超聲波探傷儀系統(tǒng)信號接收介紹

超聲探傷的優(yōu)勢

超聲探傷作為一種重要的無損檢測技術 ,不僅具有穿透能力強、設備簡單、安全性好和檢測范圍廣等優(yōu)點,而且其輸出信號是電壓波形 ,使得計算機信號處理、模式識別和人工智能等高新技術的應用成為可能。

超聲波探傷儀系統(tǒng)結構

探傷系統(tǒng)中采用了四路獨立的超聲波發(fā)射和信號調理電路 ,可以增強電路的可擴展性和適用性 ,滿足匹配不同探頭的需求;而且使電路在設計上更可靠。因為若使用共用的收發(fā)回路 ,需要使用耐高壓、高速的模擬切換開關 ,在電路上若控制不好 ,很容易引起通道間信號的串擾。

整個系統(tǒng)以高性能單片機為控制核心 ,控制各通道發(fā)射電路、信號調理電路及數(shù)據(jù)采集卡的協(xié)調工作 ,同時通過USB接口和PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和顯示。工作過程如下:單片機產(chǎn)生頻率可調的控制脈沖 ,經(jīng)驅動后控制發(fā)射電路發(fā)出高壓窄脈沖 ,激勵超聲波探頭發(fā)出超聲波 ,接收到的超聲回波信號經(jīng)過信號調理電路 ,可以調節(jié)到適合采集卡的量程范圍內。在單片機的時序控制下 ,啟動采集卡進行數(shù)據(jù)采集 ,采集的超聲波數(shù)據(jù)在PC機中進行處理,得到測量結果。各個通道的超聲波的收發(fā)控制由單片機控制。單片機的控制命令(如超聲波脈沖發(fā)射激勵通道設定、對采集過程的控制、重復頻率的設定和增益的調節(jié)等)由PC機通過USB接口通訊完成。

超聲波產(chǎn)生、接收電路

探傷儀電路可產(chǎn)生激勵超聲波探頭的高壓負脈沖信號。在超聲波探傷設備中 ,大都采用收發(fā)共用的換能器。由于高靈敏度的接收電路與大功率的超聲波發(fā)射電路相連接 ,為了避免接收電路被高壓發(fā)射脈沖所擊毀 ,在超聲波接收端必須加入隔離電路。隔離電路的基本方案有兩類:第一類采用限流和限幅的方法,使大信號輸入隔離級后只有較小的輸出電壓;第二類是不讓大幅度的信號通過 ,而只允許某限幅電平的電壓通過。

探傷儀信號調理電路

超聲換能器接收到的信號幅度為數(shù)微伏至數(shù)伏 ,因為大多數(shù)信號處理裝置(如信號選通閘門、視頻檢波器、幅度比較器和模數(shù)轉換器等)要求輸入的信號幅度在1～10V ,因此必須將接收到的信號進行放大。為了確定最佳信噪比,接收后(前置放大后) ,必須進行適當?shù)恼{整 ,然后再進行濾波。AD810 是超聲波緩沖放大器的理想選擇 ,10 MΩ的輸入阻抗 ,使得回波信號能充分加載在后級的衰減電路中;通過調節(jié) 2 腳和 6 腳之間的反饋電阻和放大器反相輸入端的電阻 RG 的值 ,可以調節(jié)增益到最大; 同時 ,8 腳的 DISABL E 端 ,可以在單片機的控制下實現(xiàn)檢波作用 ,通過單片機的 I/ O口即可控制各通道超聲波的收發(fā)。

系統(tǒng)與上位機的通訊

為了在外場檢測中便于使用 , 系統(tǒng)采用了以USB作為與PC機之間的通訊接口。上位機通過USB接口向單片機發(fā)送命令來控制超聲波的發(fā)射、接收和采集。固件編程是USB設備開發(fā)過程中的主要工作,通過調用USBXpress庫 , 大大簡化了USB 固件程序和PC端驅動程序的開發(fā)。USBX2press通過一系列函數(shù)實現(xiàn)單片機端的應用程序接口。

上位機軟件采用VC編程 ,上位機的API函數(shù)是通過SiUSBXp.dll動態(tài)鏈接庫的形式提供的。上位機將用戶的控制命令如對超聲波收發(fā)通道的選擇、超聲波激勵脈沖頻率設定、DA增益調節(jié)控制等以包的形式,通過USBXpress 動態(tài)鏈接庫驅動USB底層硬件,實現(xiàn)USB數(shù)據(jù)傳輸。