基于ADSP-BF531的電渦流探傷系統設計

摘要：電渦流檢測技術具有測量精度高、無污染等優點，適用于對金屬微裂紋的檢測。文章設計了一款電渦流探傷系統，能夠進行高速采樣和連續顯示，當檢測到被測物體具有微裂紋時，能夠進行聲光報警。它是基于ADSP-BF531處理器本身的高速接口，利用高速模數轉換器進行采樣，并且結合同步動態隨機存取存儲器(SDRAM)和TFT-LCD將檢測結果清晰連續地顯示出來。本系統結構簡單、采樣速度快、體積小，具有廣泛的實用價值。
關鍵詞：電渦流；ADSP-BF531；SDRAM；高速采樣

0 引言
隨著現代物理學、材料學、微電子學和計算機技術的發展，無損檢測技術也迅猛發展起來。無損檢測技術廣泛地應用于材料、航空航天、機械、核工業等方面，幾乎遍及各個生產、加工及質檢部門。常用的無損檢測技術包括超聲檢測、渦流檢測、射線檢測、磁粉檢測及滲透檢測。相比渦流檢測技術，超聲波和射線檢測需要加耦合劑，而且顯示不直觀；磁粉檢測污染環境，操作復雜；滲透法需要清洗試件，不易實現自動化等。渦流檢測是近年來發展較快的一種無損檢測技術， 它是以電磁感應為基礎的檢測技術，對表面開口裂紋很靈敏，在表面涂層、潮濕和水底等惡劣環境下也能開展檢測工作，具有結構簡單、靈敏度高、頻率響應特性好以及測試電路簡單等優點， 特別適用于鋼鐵焊縫的疲勞裂紋和焊接時產生的表面應力裂紋的檢測。本文設計了一種電渦流探傷系統，它前端通過渦流傳感器采集數據，后端采用ADSP-BF5 31作為數據處理單元，然后通過TFT-LCD進行顯示，并發出報警信號。

1 電渦流探傷系統總體方案
電渦流探傷系統主要由數據采集單元、數據處理單元、數據存儲單元、顯示單元和報警單元組成，如圖1所示。系統工作時，由渦流傳感器采集數據，經過模數轉換傳送給ADSP-BF531數字信號處理器進行數據處理，將數據存儲到同步動態隨機存儲器(SDRAM)中，并且控制TFT-LCD進行數據顯示和曲線繪制。如果檢測到被測物體存在裂紋，ADSP-BF531會進行聲光指示報警。

2 硬件電路設計
2．1 數字信號處理器ADSP-BF531
ADSP-BF531是ADI公司的一款Blackfin數字信號處理器，最大時鐘頻率高達400MHz，有2個16位MAC，2個40位ALU，4個8位視頻ALU，以及1個40位移位器。并有高達148kbytes片內存儲器，和兩個雙通道存儲器DMA控制器；系統外設包含一個UART口，一個SPI口，兩個串行口(SPO RTs)，四個通用時鐘定時器(三個有PWM功能)，一個實時時鐘，一個看門狗時鐘定時器， 以及一個并行外設接口。RISC式寄存器和指令模型，編程簡單，編譯環境友好，先進的調試、跟蹤和性能監視。
電渦流探傷系統需要高速采樣，ADSP-BF531處理器提供2個雙通道同步串行端口(SPORT0和SPORT1)來完成串行和處理器的通信工作，SPOR T口正好可以與所選用的AD轉換器的高速串行口進行無縫連接，從而提高采樣速度。ADSP-BF531具有一個并行外設接口(PPI)，PPI包括一個專用時鐘引腳，多達3個幀同步引腳和多達16個數據引腳。輸入時鐘支持fSCLK／2MHz的并行數據傳輸率，同步信號可以被配置為輸入或輸出。 PPI支持各種通用模式和ITU-R656模式操作。PPI接口可以直接驅動TFT-LCD而無需再加額外的TFT-LCD驅動芯片，從而簡化了電路設計，降低成本。除此之外，ADSB-BF531處理器片內還有一個獨立的存儲器DMA通道，專用于在處理器的不同存儲空間，包括外部的SDRAM和異步存儲器，進行數據傳輸。多條片內總線能以133MHz的速度運行，提供了足夠的帶寬以保證處理器內核能夠跟得上片內和片外外設。本系統的數據采集單元采集的數據需要先存入SDRAM中，然后再將數據取出顯示出來，這樣才能滿足連續顯示的要求。