自動探傷系統是利用超音波探傷技術，滿足用戶對探傷的實時性要求,並實現實時報警、 缺陷定位和當量計算的探測系統。
基本介紹
- 中文名：自動探傷系統
- 外文名：Automatic testing system
- 方式：以多通道模擬方式為主
- 類屬：超音波探傷
- 套用領域：無損檢測領域
- 套用學科：冶金工程、儀器科學、控制科學
概述,簡介,超音波探傷,系統硬體結構,模擬部分,數據採集與嵌入式DSP 子系統,系統的軟體結構,DSP嵌入式實時作業系統,PC機應用程式,關鍵技術,高速A /D 及數字檢波技術,軟閘門實時報警技術,
概述
簡介
超音波探傷技術在無損檢測領域中占有極其重要的地位。 近年來, 計算機軟硬體技術、 高速數位訊號處理技術、 虛擬儀器技術的發展, 使無損檢測技術在數據處理手段、 儀器檢測性能、 設備系統化和智慧型化程度方面取得了巨大進步。 目前已經誕生了多種數位化攜帶型探傷儀 , 然而自動化超音波探傷系統仍以多通道模擬方式為主。
自動探傷系統中，基於嵌入式DSP 子系統可以滿足用戶對探傷的實時性要求, 實現實時報警、 缺陷定位和當量計算; 另一方面, 利用PC 機強大的處理能力和豐富的資源, 完成對缺陷回波信號的後續處理。
超音波探傷
超音波在介質中傳播時有多種波型，檢驗中最常用的為縱波、橫波、表面波和板波。用縱波可探測金屬鑄錠、坯料、中厚板、大型鍛件和形狀比較簡單的製件中所存在的夾雜物、裂縫、縮管、白點、分層等缺陷；用橫波可探測管材中的周向和軸向裂縫、劃傷、焊縫中的氣孔、夾渣、裂縫、未焊透等缺陷；用表面波可探測形狀簡單的鑄件上的表面缺陷；用板波可探測薄板中的缺陷。
系統硬體結構
如圖給出一個基於PC-DSP的數位化超音波自動探傷系統( DAUTD)的系統結構。整個系統由探頭陣列、機械傳動裝置、傳動控制卡、4× 4模擬通道處理板、電源控制與同步觸發板、數位訊號處理板、工控機及其外設組成。
DAUTD系統組成結構系統採用DSP系統可以實現高速數據採集、自動增益控制、實時門限報警、傳動設備控制等問題; 採用標準的工控機,是吸收了虛擬儀器的思想,以便實現多通道的智慧型化管理,以及波形顯示、數據分析、用戶可視化操作、探傷報告列印。主從機之間通過PC機並口和DSP主機接口實現數據傳輸。
模擬部分
DAUTD的模擬部分包括超音波收發電路、數控放大/衰減器、可控模擬濾波器陣列。超音波收發電路採用600V、400V負脈衝激勵; 增益控制電路由一級固定20dB 放大, 二級壓控放大器提供- 20～ + 60dB 的衰減和放大, 則整個系統增益設計為80dB, 最小步進0. 1dB; 可控濾波器設定為多種寬頻濾波模式, 如0～ 15M Hz、2～ 20M Hz 等, 最高工作頻段為20M Hz。
數據採集與嵌入式DSP 子系統
嵌入式DSP子系統是一個高速數據採集和控制系統。系統可以實現高速波形數據壓縮、數字包絡檢波、實時報警、自動增益控制、主從機的通信等功能。
其中, ADC信號前端採用多路模擬開關,實現對16路模擬信號的選通,最高切換速率16k Hz /s。ADC採樣率為60M Hz,採樣解析度10bit ,可以實現對20M 寬頻射頻信號實時採樣。採樣後的數據進入CPLD中,經過數字檢波和非均勻壓縮後用高速異步FIFO作為緩衝。
系統的軟體結構
如圖所示,在PC-DSP硬體平台上,選用雙重作業系統結構。在DSP上運行嵌入式實時作業系統DSP /BIOSⅡ 來解決自動化探傷中的高速中斷回響、多任務調度、外設控制、門限報警等問題; 在主機上採用WIN2000作業系統和基於V C+ + 應用程式,完成4通道波形實時顯示, 16通道波形任意切換、用戶指令操作等任務。
DAUTD系統軟體結構框圖
DAUTD系統軟體結構框圖DSP嵌入式實時作業系統
作為一個可配置的作業系統核心服務例程的集合, DSP /BIOSⅡ 提供了基於搶占式優先權的多執行緒任務管理,跨平台的實時核心分析和硬體資源的靜態配置。嵌入式DSP子系統軟體包括兩個模組: 應用程式和系統程式。系統程式執行對基本硬體初始化、系統資源的配置、外設訪問控制、硬體中斷服務例程、進程間的實時調度; 套用軟體實現用戶的功能要求。
PC機應用程式
在WIN2000作業系統上, 編寫了客戶服務端軟體。在VC+ + 6. 0編寫的應用程式基本框架下,生成可視化儀器操作面板,實現了四通道波形的實時顯示,16通道波形間的任意切換,可獨立對任意通道實現增益校正、進波門和失波門的設定、探頭參數測定、繪製DAC曲線、自動生成探傷工作報告等工作。作為一種虛擬探傷系統,在V C+ + 的平台上構建一個通用探傷的資料庫。用戶不但可以根據實際需求選擇相應的探傷標準和探傷設備的技術指標,而且在T I Code Composer Studio 平台和ALTERA MUX+plusII 10. 0平台的支持下,可以實現對嵌入式DSP子系統的硬體和軟體重構。例如,根據回波信號的特點和探傷現場的干擾狀況,選擇不同的濾波器結構、參數和不同的實時報警策略,這充分體現了虛擬儀器的優點。
關鍵技術
高速A /D 及數字檢波技術
超音波缺陷信號時基時間寬度一般為0. 6～2. 0μs,上升測時間為10～ 40ns ,為了達到不失真採樣,對5M Hz工作頻率的超音波探頭,至少需要40～60M Hz的採樣速度。傳統的數位化探傷設備,由於A /D採樣速度的限制,採樣前需要模擬包絡檢波。這導致了超音波缺陷回波的細節失真,降低了對缺陷的分辨力。另外,由於全波或半波檢波,導致高增益時出現基線抬高的問題,影響了系統性能指標。
而採用高速A /D 晶片, 採樣速率60M Hz, 解析度10 位。 這就可以採用數字檢波技術取代模擬包絡檢波電路, 從而解決了上述問題並簡化了模擬部分的電路。 通過對採樣的數據進行簡單的邏輯運算, 就可使系統靈活配置全波、+ /- 半波、 射頻4 種檢波方式。
軟閘門實時報警技術
自動探傷設備對報警的實時性要求很高。傳統的探傷設備的閘門報警是由模擬電路實現的,需要閘門的動態補償。這部分電路雖能滿足報警實時性,但結構複雜,易受干擾。探傷設備全數位化後,出現了軟閘門報警技術,即採用軟體的方法進行波形閘門比較。其優點在於閘門的設定非常靈活,控制簡單,操作可靠,結合各種抗干擾數字濾波技術,可以極大的提高報警的準確性。
