自動探傷系統(tǒng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

如圖《DAUTD系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)》給出一個基于PC-DSP的數(shù)字化超聲波自動探傷系統(tǒng)( DAUTD)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個系統(tǒng)由探頭陣列、機械傳動裝置、傳動控制卡、4× 4模擬通道處理板、電源控制與同步觸發(fā)板、數(shù)字信號處理板、工控機及其外設組成。

系統(tǒng)采用DSP系統(tǒng)可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集、自動增益控制、實時門限報警、傳動設備控制等問題; 采用標準的工控機,是吸收了虛擬儀器的思想,以便實現(xiàn)多通道的智能化管理,以及波形顯示、數(shù)據(jù)分析、用戶可視化操作、探傷報告打印。主從機之間通過PC機并口和DSP主機接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

自動探傷系統(tǒng)模擬部分

DAUTD的模擬部分包括超聲波收發(fā)電路、數(shù)控放大/衰減器、可控模擬濾波器陣列。超聲波收發(fā)電路采用600V、400V負脈沖激勵; 增益控制電路由一級固定20dB 放大, 二級壓控放大器提供- 20～ 60dB 的衰減和放大, 則整個系統(tǒng)增益設計為80dB, 最小步進0. 1dB; 可控濾波器設定為多種寬帶濾波模式, 如0～ 15M Hz、2～ 20M Hz 等, 最高工作頻段為20M Hz。

自動探傷系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與嵌入式DSP 子系統(tǒng)

嵌入式DSP子系統(tǒng)是一個高速數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實現(xiàn)高速波形數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)字包絡檢波、實時報警、自動增益控制、主從機的通信等功能。

其中, ADC信號前端采用多路模擬開關(guān),實現(xiàn)對16路模擬信號的選通,最高切換速率16k Hz /s。ADC采樣率為60M Hz,采樣分辨率10bit ,可以實現(xiàn)對20M 寬帶射頻信號實時采樣。采樣后的數(shù)據(jù)進入CPLD中,經(jīng)過數(shù)字檢波和非均勻壓縮后用高速異步FIFO作為緩沖。

自動探傷系統(tǒng)簡介

超聲波探傷技術(shù)在無損檢測領域中占有極其重要的地位。 近年來, 計算機軟硬件技術(shù)、 高速數(shù)字信號處理技術(shù)、 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展, 使無損檢測技術(shù)在數(shù)據(jù)處理手段、 儀器檢測性能、 設備系統(tǒng)化和智能化程度方面取得了巨大進步。 目前已經(jīng)誕生了多種數(shù)字化便攜式探傷儀 , 然而自動化超聲波探傷系統(tǒng)仍以多通道模擬方式為主。

自動探傷系統(tǒng)中，基于嵌入式DSP 子系統(tǒng)可以滿足用戶對探傷的實時性要求, 實現(xiàn)實時報警、 缺陷定位和當量計算; 另一方面, 利用PC 機強大的處理能力和豐富的資源, 完成對缺陷回波信號的后續(xù)處理。

自動探傷系統(tǒng)超聲波探傷

超聲波在介質(zhì)中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的制件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷；用橫波可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測形狀簡單的鑄件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。

如圖《DAUTD系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖》所示,在PC-DSP硬件平臺上,選用雙重操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在DSP上運行嵌入式實時操作系統(tǒng)DSP /BIOSⅡ 來解決自動化探傷中的高速中斷響應、多任務調(diào)度、外設控制、門限報警等問題; 在主機上采用WIN2000操作系統(tǒng)和基于V C 應用程序,完成4通道波形實時顯示, 16通道波形任意切換、用戶指令操作等任務。

自動探傷系統(tǒng)DSP嵌入式實時操作系統(tǒng)

作為一個可配置的操作系統(tǒng)內(nèi)核服務例程的集合, DSP /BIOSⅡ 提供了基于搶占式優(yōu)先級的多線程任務管理,跨平臺的實時內(nèi)核分析和硬件資源的靜態(tài)配置。嵌入式DSP子系統(tǒng)軟件包括兩個模塊: 應用程序和系統(tǒng)程序。系統(tǒng)程序執(zhí)行對基本硬件初始化、系統(tǒng)資源的配置、外設訪問控制、硬件中斷服務例程、進程間的實時調(diào)度; 應用軟件實現(xiàn)用戶的功能要求。

自動探傷系統(tǒng)PC機應用程序

在WIN2000操作系統(tǒng)上, 編寫了客戶服務端軟件。在VC 6. 0編寫的應用程序基本框架下,生成可視化儀器操作面板,實現(xiàn)了四通道波形的實時顯示,16通道波形間的任意切換,可獨立對任意通道實現(xiàn)增益校正、進波門和失波門的設置、探頭參數(shù)測定、繪制DAC曲線、自動生成探傷工作報告等工作。作為一種虛擬探傷系統(tǒng),在V C 的平臺上構(gòu)建一個通用探傷的數(shù)據(jù)庫。用戶不但可以根據(jù)實際需求選擇相應的探傷標準和探傷設備的技術(shù)指標,而且在T I Code Composer Studio 平臺和ALTERA MUX plusII 10. 0平臺的支持下,可以實現(xiàn)對嵌入式DSP子系統(tǒng)的硬件和軟件重構(gòu)。例如,根據(jù)回波信號的特點和探傷現(xiàn)場的干擾狀況,選擇不同的濾波器結(jié)構(gòu)、參數(shù)和不同的實時報警策略,這充分體現(xiàn)了虛擬儀器的優(yōu)點。

自動探傷系統(tǒng)高速A /D 及數(shù)字檢波技術(shù)

超聲波缺陷信號時基時間寬度一般為0. 6～2. 0μs,上升測時間為10～ 40ns ,為了達到不失真采樣,對5M Hz工作頻率的超聲波探頭,至少需要40～60M Hz的采樣速度。傳統(tǒng)的數(shù)字化探傷設備,由于A /D采樣速度的限制,采樣前需要模擬包絡檢波。這導致了超聲波缺陷回波的細節(jié)失真,降低了對缺陷的分辨力。另外,由于全波或半波檢波,導致高增益時出現(xiàn)基線抬高的問題,影響了系統(tǒng)性能指標。

而采用高速A /D 芯片, 采樣速率60M Hz, 分辨率10 位。 這就可以采用數(shù)字檢波技術(shù)取代模擬包絡檢波電路, 從而解決了上述問題并簡化了模擬部分的電路。 通過對采樣的數(shù)據(jù)進行簡單的邏輯運算, 就可使系統(tǒng)靈活配置全波、 /- 半波、 射頻4 種檢波方式。

自動探傷系統(tǒng)軟閘門實時報警技術(shù)

自動探傷設備對報警的實時性要求很高。傳統(tǒng)的探傷設備的閘門報警是由模擬電路實現(xiàn)的,需要閘門的動態(tài)補償。這部分電路雖能滿足報警實時性,但結(jié)構(gòu)復雜,易受干擾。探傷設備全數(shù)字化后,出現(xiàn)了軟閘門報警技術(shù),即采用軟件的方法進行波形閘門比較。其優(yōu)點在于閘門的設定非常靈活,控制簡單,操作可靠,結(jié)合各種抗干擾數(shù)字濾波技術(shù),可以極大的提高報警的準確性。

對數(shù)字系統(tǒng)而言,要滿足實時性要求,系統(tǒng)必須在一個重復頻率周期內(nèi)實現(xiàn)對缺陷的報警。這對數(shù)據(jù)處理的速度要求很高,因此算法必須由高速DSP實現(xiàn)。在不同應用場合,可以設定不同的DAC進波報警門、DAC失波報警門、動態(tài)定量門,并采用了數(shù)字濾波和數(shù)字相關(guān)報警技術(shù),極大的提高了DAUTD（數(shù)字化超聲波自動探傷系統(tǒng)）的檢測性能。 2100433B

工作原理

，這種不連續(xù)往往又造成聲阻抗的不一致，由反射定理我們知道，超聲波在兩種不同聲阻抗的介質(zhì)的交界面上將會發(fā)生反射，反射回來的能量的大小與交界面兩邊介質(zhì)聲阻抗的差異和交界面的取向、大小有關(guān)。脈沖反射式超聲波探傷儀就是根據(jù)這個原理設計的。

目前便攜式的脈沖反射式超聲波探傷儀大部分是A掃描方式的，所謂A掃描顯示方式即顯示器的橫坐標是超聲波在被檢測材料中的傳播時間或者傳播距離，縱坐標是超聲波反射波的幅值。譬如，在一個鋼工件中存在一個缺陷，由于這個缺陷的存在，造成了缺陷和鋼材料之間形成了一個不同介質(zhì)之間的交界面，交界面之間的聲阻抗不同，當發(fā)射的超聲波遇到這個界面之后，就會發(fā)生反射，反射回來的能量又被探頭接受到，在顯示屏幕中橫坐標的一定的位置就會顯示出來一個反射波的波形，橫坐標的這個位置就是缺陷在被檢測材料中的深度。這個反射波的高度和形狀因不同的缺陷而不同，反映了缺陷的性質(zhì)。2100433B