四通道超聲探傷卡的硬件設計

5 帶通濾波電路

　　帶通濾波電路是用來對回波信號放大過程中引入的噪聲進行濾除。由于本超聲探傷卡具有四個通道，每個通道所用超聲探頭不一定相同，同時同一通道也可更換不同的超聲探頭，所以只用一種濾波電路的濾波效果不會很好；又由于超聲探頭的發射頻率范圍較寬，一般在400kHz～10MHz之間，故在本研究中，設計了兩組帶通濾波電路，其帶寬范圍分別為400kHz～2.5MHz和2.5MHz～10MHz，可由單片機通過驅動繼電器來選通，具體電路如圖5所示。

6 FPGA功能設計

　　FPGA是本檢測系統中用作數字信號處理的核心部件，借助其用戶可編程特性及其很高的內部時鐘頻率，設計了專用于超聲檢測的數據處理芯片，使得整個檢測系統的檢測速度大大提高。FPGA在本系統中具有非常重要的地位，一些數據信號處理都是通過它來完成的，其內部功能框圖如圖6所示。從圖中可以看出，FPGA主要由窄脈沖產生采樣延時模塊、參數寄存器模塊、數據采集壓縮模塊、雙端口RAM模塊以及缺陷自動判斷模塊組成。其具體工作原理見參考文獻[3]。

7 微處理器與USB接口

　　整個板卡的工作由微處理器(MCU)進行控制。本設計中上位PC機將控制參數傳遞給MCU，包括延時參數、增益值、判傷DAC曲線、濾波器選擇等，然后由MCU將這些參數分別傳遞給FPGA、增益控制器(D/A轉換器)以實現板卡控制。此外，MCU還將對FPGA采集的數據進行數字濾波，以改善信噪比。

　　MCU與上位PC機之間的數據傳送是通過USB接口實現的，設計中采用了PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片，其性價比高，工作穩定可靠，超聲回波信號最終傳入上位PC機進行顯示及缺陷分析。

　　本文介紹了一種用于超聲無損檢測的四通道超聲探傷卡的硬件設計方法，開發了用于回波信號處理及缺陷自動判斷的FPGA芯片，大大地提高了檢測速度。該板卡可靈活地用于構建各種多通道超聲探傷設備。

參考文獻

1 Xilinx.The Programmable Logic Data Book. 1999, 2000
2 Carter. J W. Digital Designing with Programmable Logic Devices.NJ:Prentice Hall,1997
3 Li X, Dong JW, Yu XY et al. Measuring System of the Level of Oilcan Based on Balance Principle. 2nd International Symposium on Instrumentation Science and Technology,2002.8， Jinan，China