引言

　　無損檢測在工程領域應用越來越廣，超聲波檢測是無損檢測的主要方法之一，主要應用在測距、探傷、測厚等領域。超聲波具有方向性集中、振幅小、加速度大等特點，可產生較大能量，并且在不同的媒質介面，超聲波的大部分能量會反射。利用該特性，可以實現超聲測距和超聲探傷。超聲波檢測具有靈敏度高、穿透力強、檢驗速度快、方便、對人體無損害和易于做到實時控制等優點。

　　圖1　系統框圖

　　系統框圖及電路分析

　　系統框圖如圖1所示。

　　超聲波發射電路

　　信號發射部分包括發射電路和探頭。探頭由超聲波換能器組成，可以是收發同體的換能器，也可以是發射和接收分開的。本電路采用的是收發分開的探頭，這樣可以減少發射余震信號的影響，即可減小盲區。針對測距和探傷對超聲波頻率要求不同，探頭可以更換。

　　發射電路產生激勵探頭發射超聲波所需的高壓窄脈沖，不同探頭要求的諧振頻率不同，所以要求激勵脈沖寬度可調。發射電路如圖2所示，先由DSP提供寬度可調的低壓脈沖，再由發射電路轉換成高壓脈沖加到換能器上。發射電路的阻尼情況由R0決定。R0小，阻尼大，發射脈沖強度低；R0大，阻尼就小，發射強度高。

　　信號接收電路

　　超聲回波信號非常微弱，一般是毫伏級，所以必須放大，為了與超聲波換能器的高阻抗匹配，前置放大器也設計成高阻抗輸入。在探頭和前置放大器之間加一級衰減器是為了防止由于某些原因，回波電壓過大，容易對儀器造成損害。濾波電路設計成帶通濾波，由于探頭的頻率范圍比較寬，不同探頭發射頻率不同，所以要求帶通濾波的中心頻率可調，由DSP來控制。這一級要求高信噪比和高品質因數，經過帶通濾波器后，回波信號得到放大，而其它噪聲被削弱，同時，為下一級的程控放大提供了具有更高信噪比的輸入信號。程控放大器主要是針對測距的遠近兩檔來設計的，由于換能器發射能量一定，當測量近距離時，回波信號能量大，這時接收器放大倍數應該小些，而測量遠距離時，回波信號能量小，接收放大倍數就應該大些。程控放大器由DSP來控制放大倍數，使得測距時遠近兩檔放大后的信號幅值保持在一個數量級。另外，在探傷時，不同的介質對超聲波能量的衰減也不同，可通過手動或自動方式來調整放大器的放大倍數，以達到回波信號的正確接收和顯示。

　　信號采樣和顯示電路

　　顯示探傷回波信號時有兩種顯示方式，一種是直接顯示回波聲壓波形的射頻顯示（即不檢波顯示），另一種是經過檢波的回波聲壓波形的視頻顯示（即檢波顯示）。

　　射頻顯示信號直接由程控放大器進入A/D采樣電路，射頻顯示能比較真實地反映出超聲波脈沖在介質中的傳播情況，有利于分析回波的波形特征，并且為進一步的數字信號處理以判別缺陷的性質及材質的變化奠定了基礎。由于缺陷回波尖峰脈沖很窄，所以A/D轉換電路要求有較高的采樣速率。本系統選用的高速ADC為MAXIM公司的MAX1426，MAX1426為10位單通道輸入ADC，轉換速率為10Msps，輸入電壓范圍為-2V~+2V，供電電壓為4.75V~5.25V。

?圖2 發射電路