论文部分内容阅读
传统超声衍射时差技术(TOFD)进行缺陷检测时存在无法定位缺陷横向位置、无法检出横向裂纹、无法检测角接、管接、插接焊缝和薄工件等问题。超声相控阵技术通过改变声束偏转角度和聚焦深度，并配合阵列TOFD探头对可有望解决以上问题。但国内外现有相控阵设备不支持阵列TOFD探头对，而且由于TOFD检测回波幅度小、信噪比低、数据量大，现有的相控阵设备无法完成阵列TOFD探头的相控检测。 本文旨在研究一套阵列超声衍射时差法硬件系统。从阵列超声衍射信号发射、阵列超声衍射信号接收放大以及阵列高速数据采集和传输三方面入手，围绕阵列TOFD技术面临的回波幅度小、信噪比低、数据量大的问题，分析了相应的解决方法，并进行了研制与实验。 本文设计依据JB/T4730和EN12668-2010标准，采用模块化设计思想，先进行分系统设计验证，再进行系统集成。并行阵列通道数为64。 阵列超声衍射信号发射子系统，针对TOFD检测回波幅度小、信噪比低的特点，进行了高压可调脉宽激励电路、高压低纹波电源和64通道集成发射板卡的设计。高压可调脉宽激励电路通过对比尖脉冲激励，采用MAX4940高集成度芯片，可实现220V，25～1000ns脉宽调节范围;高压低纹波电源基于Royer结构，实现了220V直流稳压输出，输出纹波噪声小于36mV;64通道集成发射板卡采用多层板加屏蔽走线设计，通道间串扰抑制不小于40dB。 阵列超声衍射信号接收放大子系统，针对TOFD检测回波幅度小、信噪比低的特点，进行了限幅、可变增益放大、滤波，DA增益控制电路和64通道集成接收放大板卡的设计。可变增益放大和滤波电路采用AD600和ADRF6510组合，可实现85dB增益放大和可编程滤波，并结合前置20dB衰减器，可实现105dB增益放大范围;各通道等效输入噪声不大于15nV/√Hz，满足设计指标要求。 阵列高速数据采集和传输子系统，针对TOFD检测探头频率高、数据量大的特点，提出了基于AD9216加PCI总线的数据采集和传输方案。设计数据采集卡对该方案进行了验证，采用协议集成芯片PCI9054进行DMA传输控制;64通道高速数据采集和传输板卡采用Xilinx高性能FPGA作为主控芯片，并使用集成IP核完成基于PCI总线的DMA高速数据传输。 本文提出的阵列超声衍射时差法硬件系统可为阵列TOFD检测提供良好的研究与实验平台，为丰富TOFD检测实现方法提供必要的技术支撑。