四通道超聲探傷卡的硬件設(shè)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(fā)射頻率范圍較寬，一般在400kHz～10MHz之間，故在本研究中，設(shè)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(qū)動繼電器來選通，具體電路如圖5所示。

6 FPGA功能設(shè)計

　　FPGA是本檢測系統(tǒng)中用作數(shù)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(nèi)部時鐘頻率，設(shè)計了專用于超聲檢測的數(shù)據(jù)處理芯片，使得整個檢測系統(tǒng)的檢測速度大大提高。FPGA在本系統(tǒng)中具有非常重要的地位，一些數(shù)據(jù)信號處理都是通過它來完成的，其內(nèi)部功能框圖如圖6所示。從圖中可以看出，F(xiàn)PGA主要由窄脈沖產(chǎn)生采樣延時模塊、參數(shù)寄存器模塊、數(shù)據(jù)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(shè)計中上位PC機將控制參數(shù)傳遞給MCU，包括延時參數(shù)、增益值、判傷DAC曲線、濾波器選擇等，然后由MCU將這些參數(shù)分別傳遞給FPGA、增益控制器(D/A轉(zhuǎn)換器)以實現(xiàn)板卡控制。此外，MCU還將對FPGA采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，以改善信噪比。

　　MCU與上位PC機之間的數(shù)據(jù)傳送是通過USB接口實現(xiàn)的，設(shè)計中采用了PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片，其性價比高，工作穩(wěn)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(shè)計方法，開發(fā)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(gòu)建各種多通道超聲探傷設(shè)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