四通道超声探伤卡的硬件设计

5 带通滤波电路

　　带通滤波电路是用来对回波信号放大过程中引入的噪声进行滤除。由于本超声探伤卡具有四个通道，每个通道所用超声探头不一定相同，同时同一通道也可更换不同的超声探头，所以只用一种滤波电路的滤波效果不会很好；又由于超声探头的发射频率范围较宽，一般在400kHz～10MHz之间，故在本研究中，设计了两组带通滤波电路，其带宽范围分别为400kHz～2.5MHz和2.5MHz～10MHz，可由单片机通过驱动继电器来选通，具体电路如图5所示。

6 FPGA功能设计

　　FPGA是本检测系统中用作数字信号处理的核心部件，借助其用户可编程特性及其很高的内部时钟频率，设计了专用于超声检测的数据处理芯片，使得整个检测系统的检测速度大大提高。FPGA在本系统中具有非常重要的地位，一些数据信号处理都是通过它来完成的，其内部功能框图如图6所示。从图中可以看出，FPGA主要由窄脉冲产生采样延时模块、参数寄存器模块、数据采集压缩模块、双端口RAM模块以及缺陷自动判断模块组成。其具体工作原理见参考文献[3]。

7 微处理器与USB接口

　　整个板卡的工作由微处理器(MCU)进行控制。本设计中上位PC机将控制参数传递给MCU，包括延时参数、增益值、判伤DAC曲线、滤波器选择等，然后由MCU将这些参数分别传递给FPGA、增益控制器(D/A转换器)以实现板卡控制。此外，MCU还将对FPGA采集的数据进行数字滤波，以改善信噪比。

　　MCU与上位PC机之间的数据传送是通过USB接口实现的，设计中采用了PHILIPS公司的PDIUSBD12芯片，其性价比高，工作稳定可靠，超声回波信号最终传入上位PC机进行显示及缺陷分析。

　　本文介绍了一种用于超声无损检测的四通道超声探伤卡的硬件设计方法，开发了用于回波信号处理及缺陷自动判断的FPGA芯片，大大地提高了检测速度。该板卡可灵活地用于构建各种多通道超声探伤设备。

参考文献

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