手持式智能航空超声波检测仪的研制

　　0 引言

　　超声波检测因其检测灵敏度高、 能准确定位、 操作方便快捷、 成本低等优点在航空维修中应用十分广泛，目前是飞机、 发动机无损探伤的主要方法之一。 目前国内外高、 中、 低档超声波检测仪器种类繁多， 但大多是通用型仪器， 在对飞机及发动机进行检测时需要经常调校参数， 检测效率较低， 而且对检测人员技术水平要求较高。 另外， 这些仪器的体积较大， 技术人员在外场某些狭小空间或较高位置检查时操作非常不便， 如钻发动机进气道检查叶片、 在起落架仓内检查构件、 机顶检查座舱盖等。 随着 SOC 技术、 IP 技术以及集成电路技术的发展， RISC 软核处理器开始受到人们重视， 并得到广泛应用。 本文介绍一种基于 RISC 开发平台和 FPGA 的嵌入式系统的新一代多功能智能手持式超声波检测仪。

　　1 功能特点

　　仪器灵敏度、 分辨力、 步进精度较高， 分别达到60dB、 42dB 和 0.1dB， 完全能满足航空检测需要。 仪器内置有部队所有型号飞机、 发动机、 导弹超声波检测工艺， 操作时只需调出工艺即可按提示进行 “傻瓜” 式超声纵波、 横波 、 表面波 、 爬波检测 。 仪器面板简洁易懂， 菜单人性化设计 ， 结构合理 ， 有多种中英文输入法， 已预装 30 个常用的航空材料声速值， 方便声速、探头延时、 探头 K 值等条件参数进行快速自动校准， 使人机交互更加简单。 采用工业级 TFT 显示屏， 全彩色高分辨率屏幕显示， 具有全 WVGA 分辨率 (800×480)， 且屏幕不反光， 完全胜任在室外和阳光直射的环境下工作。 可选报警闸门内波形颜色随要求变化， 便于区分缺陷信号， 波形显示区域缩放及闸门区域波形放大， 可方便查看波形细节。 仪器具有上网数据传输、 检测结果静态/动态存储， USB 端口软件升级、 计算机或投影仪显示等功能， 并配有功能强大应用软件自动生成详细检测报告、 编写检测工艺、 修改仪器密码等。 仪器防尘、 防溅 、防水、抗低温，经测试符合 IP54 等级标准，完全可在寒区低温下使用。 仪器超薄超轻体积小(215×126×53)mm，重量仅重0.9kg， 单手即可握持 ， 进气道内检测灵活自如 ，配备大容量电池， 可连续超长工作 8 小时以上， 特别适合飞机外场无损检测。

　　2 组成结构

　　仪器的工作原理如图1 所示 ， 仪器的主要硬件包括： CPU 处理器、 数据处理电路(FPGA)、 发射接收电路、A/D 采集电路和电源电路。

　　仪器的主要工作流程： RISC处理器定时(即发射重复频率) 向 FPGA 电路传送方波脉冲信号 ， 每一个脉冲信号将触动一次检测过程。 脉冲信号的上升沿使窄脉冲发生电路开始工作， 产生方波脉冲激励信号 。 激励信号产生以后， 由于超声波需要一段延时时间才能经过耦合剂到达探测工件(探头延时)，所以在窄脉冲信号产生以后， 延时电路(即移位)将起作用， 用以控制采样开始的时间。经过延时，超声波到达工件表面，采样开始。数据处理电路首先根据RISC 微处理器的设定的工件厚度(范围)产生相应的压缩时序进行数据压缩。与此同时闸门单元， 报警单元对采集的数据根据条件来进行判断是否报警，产生声报警，并结束这一次的检测过程，并将采集来的波形数据交由CPU 处理器进行处理 ， 并显示在液晶显示屏上，等待下一个由处理器传来的脉冲触发信号， 从而开始新一轮的检测过程。