PCI-9812在超声波无损探伤中的应用

1、.PCI-9812在超声波无损探伤中的应用凌华科技 张斌前言 超声波无损检测一直是无损检测技术的重要手段之一，由于其信号的高频特性，并减少人为因素对测试结果的影响，要求采用高速数据采集设备来采集、记录、分析和处理。凌华公司的PCI-9812高速数据采集卡由于其较高的采样速率、较大的数据存储深度而在超声波无损检测领域中得到广泛应用。系统的基本结构数据存盘、事后处理、结果报告等软件包多路实时数据显示软件包PC机实时数据显示数据记录PC机接口控制前置放大器波形检测、A/D转换及数据暂存超声波信号接收器传感器多路切换超声波脉冲发射器控制电路坐标位置移动、扫描机构 本文所介绍的是一种基于PC架构的超声波

2、检测系统，它以PC为基础，以PCI-9812高速数据采集卡的高速实时数据采集、存储、分析技术为核心。系统主要由下列部分组成：工控机平台、超声波脉冲发射器、超声波信号接收器、PCI-9812高速数据采集卡、数据处理和分析软件包以及传感器、探头运动和扫描控制系统等。系统框图如下图所示。系统的基本功能l 采样频率：可达20MHzl 具有可程控和可选择的四通道方式，并可扩展为8、12、16通道l 可事后分析、处理、测试任何位置范围内的探伤情况l 实时的A扫描显示（单、双、四通道方式可选）、扫查控制显示l 分析结果和检测报告软件，打印出分析结果和检测报告系统工作原理分析 以钢材的检测为例，超声波在钢中传

3、播时，纵波CL的传播速度为5900米/秒，横波CS的传播速度为3230米/秒，可见，超声波在钢中的传播速度很快。因此，对于一定厚度的工件进行检测时，超声波在工件中的传播时间很短，因此要求系统的采样频率足够高，才能够满足要求。而且，此时还必须要求有一定的数据存储深度。再者，在高速采样时，灵活的外部触发功能也是必不可少的。 一、采样频率的选择超声波在钢中的传播速度、距离和时间的关系公式为：D=C·T式中：D表示声程（距离）C表示声速T表示传播时间如果采用反射法直探头进行检测（如下图），在其探测范围内的传播时间：T=2H/C式中：H表示工件厚度C表示声速T表示传播时间H如果采用反射法斜探头

4、进行检测，则要考虑入射角和几次声程的影响。采用一次声程探伤（如下图），在其探测范围内的传播时间：T=2H/(cos·C)式中：H表示工件厚度C表示声速T表示传播时间表示探头入射角H采用二次声程探伤，在其探测范围内的传播时间：T=4H/(cos·C)式中：H表示工件厚度C表示声速T表示传播时间表示探头入射角H根据以上所述，假如对10mm厚的材料进行检测，由于超声波在其中的传播时间仅为3.39s，要达到10%（1mm）的检测精度，必须要能分辨0.339s的信号周期，不至于信号重叠而无法分辨。这就要求检测频率至少大于2.95MHz（1/0.0339s）的检测频率fM。因此，对于采

5、样频率Fs至少满足奈奎斯特（Nyquist）频率，即满足条件：Fs>2 fM ，也就是采样频率至少达到6MHz以上。当然，整个系统为了满足不同检测要求的需要，采样速率是可以调整的，在检测频率不是很高时，可以降低采样速率。二、数据缓存深度的确定当采样速率比较高的时候，如20MHz时，就必须要求采集卡具有足够大的高速数据缓存。根据实际计算，发现32K字的FIFO已经足够满足要求。在20MHz采样速率的情况下，32K缓存器可存储的时域信号的时间长度为：T=32K/（20MHz/S）=1600s这种采样频率一般用于检测频率较高的检测信号的采集，用高检测频率检测薄壁材料时，往往采用纵波入射和45度

6、斜探头一次声程的横波入射方式，在同样厚度的工件中横波入射方式检测的时域信号时间长度较长，因此该容量的缓存器可适应的最大厚度的工件厚度为：H=(1600s·3230m/s·cos45º)/2=1827mm对于薄壁材料远小于该厚度值，因此32K Word的缓存器容量是足够的。根据这样的要求，用户通过对市场的调研，发现凌华的PCI-9812完全能够满足检测的要求。PCI-9812的主要技术参数为：l PCI总线，半长卡l 4通道同步采样，最高20MHz采样频率l 12位采样精度l 32K Words FIFOl 灵活的外触发选择：预触发、后触发、中触发、延时触发l 同一系统中支持多片板卡l 完整的驱动支持，提供丰富的API同前面的计算结果相对比，我们会发现PCI-9812完全能够满足要求。而且，通过调用PCI-9812所提供的Windows驱动函数库PCIS-DASK，用户可以很方便的将数据采集部分的程序集成到其应用软件中，同时，由于PCIS-DASK