多通道超聲波自動探傷設備數(shù)據(jù)采集處理技術-飛泰

超聲波探傷作為一種常用的無損檢測技術之一，具有穿透力強、設備簡單、檢測靈敏度高、使用方便和安全性好的優(yōu)點，在產(chǎn)品質(zhì)量控制、結(jié)構完整性評估、部件剩余壽命預測等領域有著廣泛的應用。它利用材料本身或內(nèi)部缺陷的聲學性質(zhì)對超聲波傳播的影響，非破壞性地探測材料內(nèi)部和表面的缺陷大小、形狀和分布狀況。隨著計算機技術和高速器件的不斷發(fā)展，超聲波信號的數(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的發(fā)展為設計高速、高可靠性、低功耗和低成本的超聲信號采集方案提供了可能性。

飛泰設計的基于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，是為實現(xiàn)低功耗、高性能而專門設計的DSP芯片，主要應用在通信、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)需要進行調(diào)整。FPGA選擇一片美國ALTERA公司的APEX20K系列EPF20K300EQC240-1，它有300000的門陣列資源，240個管腳，152個I/O口，輸入輸出電壓可以兼容5V、3.3V、2.5V，應用VHDL語言進行編程控制。

超聲波探傷回波具有準周期特性，A/D器件對波形的采樣實際上只需要很少的一段時間。根據(jù)這一特點，我們采用了多通道時分復用技術。這一技術的核心思想是通過對模擬開關(MAX4141)的控制，依次對4個通道超聲波觸發(fā)和數(shù)據(jù)采樣，降低了系統(tǒng)成本，簡化了系統(tǒng)的控制電路。發(fā)射電路的激活是由FPGA來完成的，當FPGA輸出的同步控制脈沖加在某一發(fā)射電路上時，該發(fā)射電路便開始工作。超聲發(fā)射電路主要用于產(chǎn)生高壓窄脈沖信號(400V)，此高壓窄脈沖信號加載在超聲探頭的壓電晶片上，將電能轉(zhuǎn)換為聲能(機械能)而產(chǎn)生超聲波信號?；夭ㄐ盘柦?jīng)過通道選擇開關后，進行信號放大與濾波，然后在FPGA的控制下進行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)，然后存儲到硬盤中待分析。