相控阵超声波检测系统的设计

　　1 引言

　　相控阵超声波检测系统利用计算机技术和电子线路原理,采用可编程芯片和数字信号处理器,通过软件设定,改变探伤波波束的偏转和聚焦深度,获取探伤检测信息,并通过标准的图形界面实时的显示缺陷的三维位置和探伤接收波形。

　　2 主控系统硬件

　　主控系统硬件如图1所示,其包括:

　　(1)发射板接受板共计9块,其中一块专用于发射接收横向裂缝信号,其硬件结构与其他8块板相同。每块发射接受板的发射部分具有16路发射单元(包括发射脉冲整形电路、MOS驱动电路),按设计规定次序连接16个晶体,每块板的发射部分由该板上的CPLD按软件规定的时序发出16路不同延时的脉冲,经4选1选通开关选通后,激发相应的发射回路。每块发射接受板的接受部分同样对应16路晶体,经4选1开关选通后转为4路接受单元。信号进入各接受单元后,首先经过可控增益的低噪声放大器,然后再作A/D转换,由于A/D转换的起始脉冲时间不同(由各路的CPLD发出)相应地即作了接收延时,其延时量由主控计算机在测试前,通过总线已给予各级FPGA设置。在A/D转换数据达到测试所需的字节后, 在各级FPGA的统一时钟下同时将接受到的数据进行D/A转换,并将模拟信号送出板外进行模拟加。

　　(2)综合板一块,具有32路的总模拟加电路、激励电源电压控制信号产生器电路、4段BPF滤波选择电路、统一时钟信号产生电路,电机行走控制给定脉冲电路。

　　(3)总A/D转换板卡一块,其要求为:100MH,8位数据精度,可由外同步脉冲触发同步。可由控制端控制A/D转换, 并往RAM内按顺序写入数据,如无此信号则停止读写。可由清零控制端输入2-10微秒的脉冲,脉冲过后,写入数据的指针回零地址开始写入。并要求有读出数据子程序,可从输入数据首地址读完全部转换的数据止。发射板和接受板的数据总线和地址总线符合工业计算机ISA总线标准和PCI总线标准。发射和接受可调延迟精度为2ns,发射和接受大部采用数字延迟电路,数字延迟电路以10ns以上由软件程序控制,2ns-10ns 由数字延迟电路(接受部分为模拟延迟电路) 通过选通控制, 时间控制长度为32000ns。信号放大带宽2-6MHz,4-8MHz,6-10MHz,和直通带四种可程序设置。脉冲输出:50V—200V;脉冲宽度:20ns—500ns放大器动态范围:60dB可调/通道;总增益:80dB。

　　3 系统软件设计

　　3.1 总控制软件系统数据流程

　　总控制软件系统可分为放在上位机上的人机数据输入界面软件和检测结果图形显示软件 ,放在工业控制机CPU上的各类控制数学模型软件,数据的输入和输出软件,以及放在各板卡CPLD上的各声束发射接受实时控制软件等。详见图2示意。