多通道超声波自动探伤设备数据采集处理技术-飞泰

超声波探伤作为一种常用的无损检测技术之一，具有穿透力强、设备简单、检测灵敏度高、使用方便和安全性好的优点，在产品质量控制、结构完整性评估、部件剩余寿命预测等领域有着广泛的应用。它利用材料本身或内部缺陷的声学性质对超声波传播的影响，非破坏性地探测材料内部和表面的缺陷大小、形状和分布状况。随着计算机技术和高速器件的不断发展，超声波信号的数字化采集和分析逐步代替了传统的超声探伤方式，而大规模集成电路与嵌入式控制技术的发展为设计高速、高可靠性、低功耗和低成本的超声信号采集方案提供了可能性。

飞泰设计的基于FPGA的数字化超声探伤数据采集处理系统主要包括超声发射接收单元、信号调理单元(包括放大、检波、滤波)、模数(A/D)转换单元、数据缓冲处理单元、数据存储单元。

核心处理器DSP采用的是TMS320VC5402。该芯片是TI公司TMS320VC54X系列的DSP芯片，是为实现低功耗、高性能而专门设计的DSP芯片，主要应用在通信、数据采集等系统中。该芯片采用CMOS制造工艺，属于第七代DSP产品，它的工作频率可以根据需要进行调整。FPGA选择一片美国ALTERA公司的APEX20K系列EPF20K300EQC240-1，它有300000的门阵列资源，240个管脚，152个I/O口，输入输出电压可以兼容5V、3.3V、2.5V，应用VHDL语言进行编程控制。

超声波探伤回波具有准周期特性，A/D器件对波形的采样实际上只需要很少的一段时间。根据这一特点，我们采用了多通道时分复用技术。这一技术的核心思想是通过对模拟开关(MAX4141)的控制，依次对4个通道超声波触发和数据采样，降低了系统成本，简化了系统的控制电路。发射电路的激活是由FPGA来完成的，当FPGA输出的同步控制脉冲加在某一发射电路上时，该发射电路便开始工作。超声发射电路主要用于产生高压窄脉冲信号(400V)，此高压窄脉冲信号加载在超声探头的压电晶片上，将电能转换为声能(机械能)而产生超声波信号。回波信号经过通道选择开关后，进行信号放大与滤波，然后在FPGA的控制下进行A/D转换。采用一片高速ADC器件，依次完成各路数据的采集，采集的数据在FPGA内压缩处理后存入其内部的双端口RAM中，然后由微处理器读取数据，然后存储到硬盘中待分析。