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PCI-9812在超声波无损探伤中的应用
发布时间:2008.04.29           浏览次数:
新闻来源:北京勤创兴业科技发展有限公司 | 凌华工控机 | cpci主板 | cpci机箱 | pxi机箱 | pxi控制器 | 便携机

[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]


      本文所介绍的是一种基于PC架构的超声波检测系统,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]


   - 采样频率:可达20MHz
   - 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
   - 可事后分析、处理、测试任何位置范围内的探伤情况
   - 实时的A扫描显示(单、双、四通道方式可选)、扫查控制显示
   - 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

 

 

      如果采用反射法斜探头进行检测,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/(cosφ·C)


式中: H表示工件厚度
       C表示声速
       T表示传播时间
       φ表示探头入射角

 

 

      采用二次声程探伤,在其探测范围内的传播时间:T=4H/(cosφ·C)


式中: H表示工件厚度
       C表示声速
       T表示传播时间
       φ表示探头入射角

 

 

      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3.39μs,要达到10%(1mm)的检测精度,必须要能分辨0.339μs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(1/0.0339μs)的检测频率fM。因此,对于采样频率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)=1600μs


      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=(1600μs·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:


      - PCI总线,半长卡
      - 4通道同步采样,最高20MHz采样频率
      - 12位采样精度
      - 32K Words FIFO
      - 灵活的外触发选择:预触发、后触发、中触发、延时触发
      - 同一系统中支持多片板卡
      - 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是Windows98/NT/2000/XP下跨平台支持的,方便了用户今后的软件升级。

 

[结论]


      该系统已经于2000年开发完毕,经过几年来的使用结果,该方案完全能够满足无损探伤的要求,整个系统工作稳定、可靠。


如想进一步了解凌华科技在这一成功案例中提供的CompactPCI系统,欢迎垂询:  

 

辛先生

勤创兴业技术部

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