超聲波探傷儀系統(tǒng)信號(hào)接收介紹

超聲探傷的優(yōu)勢(shì)

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

超聲波探傷儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

探傷系統(tǒng)中采用了四路獨(dú)立的超聲波發(fā)射和信號(hào)調(diào)理電路 ,可以增強(qiáng)電路的可擴(kuò)展性和適用性 ,滿足匹配不同探頭的需求;而且使電路在設(shè)計(jì)上更可靠。因?yàn)槿羰褂霉灿玫氖瞻l(fā)回路 ,需要使用耐高壓、高速的模擬切換開關(guān) ,在電路上若控制不好 ,很容易引起通道間信號(hào)的串?dāng)_。

整個(gè)系統(tǒng)以高性能單片機(jī)為控制核心 ,控制各通道發(fā)射電路、信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡的協(xié)調(diào)工作 ,同時(shí)通過USB接口和PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理和顯示。工作過程如下:單片機(jī)產(chǎn)生頻率可調(diào)的控制脈沖 ,經(jīng)驅(qū)動(dòng)后控制發(fā)射電路發(fā)出高壓窄脈沖 ,激勵(lì)超聲波探頭發(fā)出超聲波 ,接收到的超聲回波信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路 ,可以調(diào)節(jié)到適合采集卡的量程范圍內(nèi)。在單片機(jī)的時(shí)序控制下 ,啟動(dòng)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ,采集的超聲波數(shù)據(jù)在PC機(jī)中進(jìn)行處理,得到測量結(jié)果。各個(gè)通道的超聲波的收發(fā)控制由單片機(jī)控制。單片機(jī)的控制命令(如超聲波脈沖發(fā)射激勵(lì)通道設(shè)定、對(duì)采集過程的控制、重復(fù)頻率的設(shè)定和增益的調(diào)節(jié)等)由PC機(jī)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(lì)超聲波探頭的高壓負(fù)脈沖信號(hào)。在超聲波探傷設(shè)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(hào)輸入隔離級(jí)后只有較小的輸出電壓;第二類是不讓大幅度的信號(hào)通過 ,而只允許某限幅電平的電壓通過。

探傷儀信號(hào)調(diào)理電路

超聲換能器接收到的信號(hào)幅度為數(shù)微伏至數(shù)伏 ,因?yàn)榇蠖鄶?shù)信號(hào)處理裝置(如信號(hào)選通閘門、視頻檢波器、幅度比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器等)要求輸入的信號(hào)幅度在1～10V ,因此必須將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大。為了確定最佳信噪比,接收后(前置放大后) ,必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整 ,然后再進(jìn)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(hào)能充分加載在后級(jí)的衰減電路中;通過調(diào)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(diào)節(jié)增益到最大; 同時(shí) ,8 腳的 DISABL E 端 ,可以在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)檢波作用 ,通過單片機(jī)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(jī)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(jī)之間的通訊接口。上位機(jī)通過USB接口向單片機(jī)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(shè)備開發(fā)過程中的主要工作,通過調(diào)用USBXpress庫 , 大大簡化了USB 固件程序和PC端驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)。USBX2press通過一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)端的應(yīng)用程序接口。

上位機(jī)軟件采用VC編程 ,上位機(jī)的API函數(shù)是通過SiUSBXp.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式提供的。上位機(jī)將用戶的控制命令如對(duì)超聲波收發(fā)通道的選擇、超聲波激勵(lì)脈沖頻率設(shè)定、DA增益調(diào)節(jié)控制等以包的形式,通過USBXpress 動(dòng)態(tài)鏈接庫驅(qū)動(dòng)USB底層硬件,實(shí)現(xiàn)USB數(shù)據(jù)傳輸。