电磁无损检测中信号发生器的设计与实现

　　电磁无损检测(如涡流)是基于电磁感应原理的无损检测技术。当载有交变电流的检测线圈靠近导体时,由于交变电流在周围空间中会产生交变磁场,因而在被测试件(导体)表面产生趋肤效应并感应出交变电流。通过优化设计可使被测试件表面电流达到均匀分布,从而使周围磁场也达到均匀,而当被测试件表面有缺陷时,电流就会发生畸变,均匀磁场随之发生变化,这样,直接或间接测量出该磁场的变化,就能检测试件的缺陷。虽然人们在电磁无损检测方面已取得了许多进展,但仍有许多不尽人意之处,其中一个重要的因素便是检测系统信号的稳定性,这一点对测量结果会产生严重的影响。因为信号发生电路是整个检测系统的信号源,它的信号频率是否稳定将对整个检测系统的工作起十分关键的作用,信号频率不稳定会给信号的后续处理带来极大的困难,甚至使电磁检测难以进行。为了解决上述问题,笔者应用DDS技术设计了一个高稳定性信号发生器。

　　1 DDS的工作原理

　　直接数字合成(DDS-Direct Digital Synthesizer)是近几年发展起来的一种新的频率/波形合成技术。该技术具有频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位保持连续变化等优点。近年来在通讯、雷达、GPS、蜂窝基站、图像处理及HDTV等领域得到了广泛应用。

　　该技术是根据奈奎斯特取样定理,从连续信号的相位Φ出发,对一个正弦信号进行取样、量化、编码,然后将形成的正弦函数表存入ROM/RAM中,合成时则通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量,相位增量不同将导致一个周期内取样点数的不同。因角频率ω=△φ·△t,故可在取样频率不变的情况下,通过改变相位累加器频率控制字的方法将这种变化的相位/幅值量化为数字信号,然后通过D/ A变换和低通滤波即可得到相位变化的合成模拟信号频率。

　　图1是DDS的基本原理框图,它主要由四部分组成,第一部分为相位累加器,用于决定输出信号频率的范围和精度;第二部分为正弦函数功能表(波形存储器),用于存储经量化和离散后的正弦函数的幅值;第三部分为D/A转换,可产生所需的模拟信号;第四部分为低通滤波,用来减少量化噪声、消除波形尖峰。参考频率源是一个高稳定度的晶体振荡器,用以同步DDS中各部件的工作,因此, DDS输出的合成信号的频率稳定度和晶体振荡器是一样的。从原理上还可看出,它是用高稳定的固定时钟频率来对所要合成的信号进行相位取样的,单位时间内取样量越大,则合成的频率越低。取样量的大小由可程控的频率设定数据决定。