超声波探伤系统的接收技术研究
来源:    发布时间: 2017-10-19 09:13   373 次浏览   大小:  16px  14px  12px
    无损检测以不损害被检验对象的使用性能为前提,通过多种物理原理和化学现象,对各种工程材料、零部件进行有效的检验和测试,借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。无损检测工序在材料和产品的静态
    无损检测以不损害被检验对象的使用性能为前提,通过多种物理原理和化学现象,对各种工程材料、零部件进行有效的检验和测试,借以评价它们的连续性、完整性、安全可靠性及某些物理性能。无损检测工序在材料和产品的静态和动态检测以及质量管理中,已成为一个不可缺少的重要环节[1]。超声波检测技术与其他无损检测技术相比,具有适用范围广、速度快、缺陷定位准确、成本低、灵敏度高、使用方便、对人体无害以及便于现场操作等优点,因而,超声波检测技术是国内外使用范围最广、使用频率最高并且发展速度最快的无损检测技术[2]。
    针对超声波的特点,本文设计了超声波探伤系统接收模块。超声波回波信号通过探头接收,回波信号包含缺陷回波信号(毫伏级)以及高压负脉冲信号(百伏级),由于回收回波信号时负脉冲信号属于干扰信号,因此为了得到回波信号中的缺陷信号,需对高压负脉冲信号进行过滤处理,故该设计包含限幅、预放大电路处理,同时为了使缺陷信号能够达到探伤系统AD模块的输入范围,设计了程控放大、可变增益放大电路,使接收模块能够满足超声波探伤系统的要求。
    1 四川超声波厂家超声波探伤系统的组成
    本超声波探伤系统为数字化超声波探伤系统,对传统模拟式超声波探伤系统进行了改进,并吸收了智能超声波检测仪器的技术,对硬件电路做出改进。
    超声波探伤系统由C8051F340单片机、超声波发射模块、超声波接收模块、高速AD采集模块和上位机模块组成,总体结构如图1所示。
    由上位机(PC机)控制单片机,通过USB通讯向下位机(单片机)发送指令,控制下位机主程序产生脉冲信号,脉冲信号作为发射模块的输入,使发射模块中的探头产生超声波,超声波经过工件内部缺陷产生回波信号,模拟回波信号通过接收电路后作为高速AD采集模块的输入信号。接收电路输出的模拟信号的电压值需在AD模块的输入电压要求范围内。AD转换后的数字信号通过C8051F340单片机、USB发送给上位机,实现波形显示功能。
    图1 超声波探伤系统结构框图
    2 超声波接收模块
    2.1 限幅电路
    超声波探伤系统采用单脉冲反射法,可直接通过被测工件表面探伤工件内部缺陷,并可同时探伤工件多个内部缺陷。由探头接收的回波信号包含缺陷回波信号及负高压脉冲信号。为了提取回波信号中的缺陷信号,通过限幅电路过滤掉高压信号。限幅电路通过二极管的单向导电原理和稳压管稳压作用的组合对高压信号进行过滤,并将信号电压值钳位在合理范围内,对后续电路产生保护作用。限幅电路如图2所示。
    2.2 预放大电路
    经限幅电路过滤后,由探头接收的缺陷回波信号为毫伏单位信号,为了保证缺陷信号能够不失真地进入后续电路,需对信号进行预放大处理,即采用预放大电路。预放大电路也负责匹配后续电路的阻抗,预放大电路如图3所示。
    图2 限幅电路 图3 预放大电路
    由于预放大电路的功能是保证缺陷信号不失真地进入后续放大电路,故R3与R4选择大小相同的阻值,使放大倍数为-1。
    预放大电路采用的放大器为LM6364,此放大器为一款高速宽带、低噪声运算放大器,其转换速率为300 V/μs,带宽为175 MHz,供电电流仅需5 mA,能够满足系统要求[3]。LM6364采用正负12 V电源,正负电源需分别接0.1 μF电容和100 μF的极性电容滤去电源干扰产生的杂波,由于回波信号很微弱,为了保证缺陷信号不失真,对电源干扰的过滤必不可少。
    2.3 程控放大电路
    本系统采用美国Analog Devices公司生产的新型压控放大器AD603来实现时变增益放大,AD603具有低噪声、宽频带、增益和增益范围可调整、增益值(dB)随外部控制电压变化、带宽不随增益变化等优点,完全能够满足超声波探伤系统要求,其原理图如图4所示。
    图4 AD603结构原理图
    AD603的FDBK与Vout引脚的不同接法会产生不同的增益范围,本系统将FDBK与Vout引脚设为开路,反馈端FDBK串联一个18 pF的电容,将增益范围锁定为+8.92 dB~+51.07 dB。增益大小由Vpos与VNEG的电压差决定。程控放大电路如图5所示。
    图5 程控放大电路
    程控放大电路的增益值通过改变图中VDAC的电压值而变化,AD603的1、2引脚通过两个10 kΩ电阻产生压差,从而达到改变增益的目的。VDAC的电压值由增益控制电路提供。http://hmcmag.com/