超聲波探傷儀系統信號接收介紹

超聲探傷的優勢

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。

超聲波探傷儀系統結構

探傷系統中采用了四路獨立的超聲波發射和信號調理電路 ,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。

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

超聲波產生、接收電路

探傷儀電路可產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射電路相連接 ,為了避免接收電路被高壓發射脈沖所擊毀 ,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微伏至數伏 ,因為大多數信號處理裝置(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) ,必須進行適當的調整 ,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 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。

系統與上位機的通訊

為了在外場檢測中便于使用 , 系統采用了以USB作為與PC機之間的通訊接口。上位機通過USB接口向單片機發送命令來控制超聲波的發射、接收和采集。固件編程是USB設備開發過程中的主要工作,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。USBX2press通過一系列函數實現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函數是通過SiUSBXp.dll動態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通道的選擇、超聲波激勵脈沖頻率設定、DA增益調節控制等以包的形式,通過USBXpress 動態鏈接庫驅動USB底層硬件,實現USB數據傳輸。