无损探伤技术是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。超声波探伤就是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来CONTROL ENGINEERING China版权所有，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

        随着超声波探伤技术的发展，对数字信号的处理与分析已不再仅仅是辅助技术，而是一种基本技术，由此出现了各种全数字化的超声波检测设备。但早期的数字化设备仅停留在超声波检测频率较低频段的信号处理上，主要是受到高速A/D和高速存储技术的限制，由于计算机总线技术应用的瓶颈，也不能实时多通道传送波形数据到计算机去处理，声源定位信号分析等实时显示分析的功能只能由硬件输出的参数完成。

        而A/D转

换器和高效率微处理器的问世克服了在高频领域应用模拟电子技术受到的各种限制。数字化全波形超声波探伤设备就是由计算机作为主机，以单片机芯片为主构成的专用板卡统一控制管理超声系统。这种设备综合应用了高速数据采集技术、A/D转换技术、大容量缓冲技术、多通道切换技术、数据存储技术和数据管理软件技术等先进的数据信号处理技术www.cechina.cn，使得多通道声发射波形的采集和分析不再困难。因此，如何开发和研制更具先进性、创新性、科学性和实用性的全数字式超声波检测设备和系统，已成为一项紧迫性的任务。

       本文主要介绍一种基于高速信号处理技术的超声波无损检测系统的典型设计方案，从系统的总体设计、单元电路设计和程序设计等方面阐述和分析了设计原理、电路和软件的结构与功能等，系统方案具有较高的技术含量和实用价值。

        总体设计
        系统的总体结构设计如图１所示。首先，由高压脉冲发生器发射高压脉冲，其经能量转换电路形成超声波信号，遇到缺陷或杂质时产生反射波，再经能量转换电路转换为电压信号，最后经放大电路放大、A/D转换后，形成数字量，写入高速数据缓存器中；然后，由PCI接口电路将缓存器中的数据适时地通过PCI总线送到本系统的微处理器进行处理CONTROL ENGINEERING China版权所有，实现与外部计算机通信、显示、打印、存储和控制等功能。

图1 系统总体设计图

        本系统采用转换速率为60MHz的8位高速A/D转换电路以满足数据采集的要求。为对A/D芯片输出的高速数据进行缓冲，并充分利用PCI总线带宽，采用了32KB的高速数据缓存电路；对于多通道检测的要求，设计了通道选择控制电路以实现通道之间的切换；采用高增益的高频宽带放大电路对缺陷回波信号进行整理和放大。

 单元电路设计
1 放大电路设计
       本系统采用带触发的直流逆变电路产生高压脉冲，采用多路模拟通道选择电路实现通道切换以满足多通道探伤的要求。模拟信号经放大、滤波后，作为A/D转换电路的输入。放大电路采用增益为80dB、带宽为15MHz、分辨率为1dB的放大器，并且以数字电位器进行放大增益的动态调整，可实现放大器的动态响应和频带范围与尖峰回波脉冲信号的匹配。

2 A/D转换电路设计
         A/D转换电路通常可分为积分型和比较型。积分型A/D转换器的特点是抗干扰能力强、精度高，但速率较低，因此高速A/D转换器一般采用比较型。本系统采用ADS830，该芯片信噪比高、功耗低、非线性畸变小，广泛应用于图像处理、数字通信和视频测试系统中。它有共模和差模两种信号输入方式，输出的数字量可直接与5V或3.3V芯片接口。超声波无损检测对象基本上为钢体材料，其在钢中传播时，纵波CL的传播速度为5900m/s，横波CS的传播速度为3230m/s，缺陷回波信号通常宽度约10～100ns，因此在钢中的传播速度很快。超声波在工件中的传播时间很短CONTROL ENGINEERING China版权所有，尤其对于薄壁材料检测CONTROL ENGINEERING China版权所有，传播距离更短，因此，为了得到足够的分辨率，要有足够的检测和采样频率才能满足信号采集的要求。ADS830的精度为8位，最高采样频率为60MHz，可满足一般无损检测系