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基于凌华采集卡的导波测试系统
摘 要 研究了以凌华高速采集卡PCI-9812为核心的导波虚拟检测仪器。采用工控机和单片机的上下位机结构，实现导波检测的信号采集、存储和分析等功能集成，以模块化的软件建成高速、准确和易用的虚拟检测仪器。能检测出来5%缺损面积的缺陷，缺陷定位误差小于1%。
关键词 高速; 导波; 虚拟仪器
Development of Guide Wave Testing Instrument based on ADLINK Data Acquisition Card
Abstract: We designed Guide Wave Virtual Testing Instrument which is based on ADLINK high Speed data acquisition card (PCI-9812).This instrument integrated signal collection, storage and analysis of guide wave testing by the control of industry control machine and signalchip, form high speed, nicety and easy-to-use virtual testing instrument by modular software. This instrument can detect 5% gap acreage flaw, and its positioning error less than 5%.
KeyWords:High Speed; Guide Wave; Virtual Instrument

1 引言

凌华高速采集卡PCI-9812是一种基于32位PCI总线结构的高性能数据采集卡。数据采样率最高可达20M/s，它连续、无间断、高速的A/D数据采样被广泛应用于DSP，FFT，数字滤波和图象处理等技术中[1-2]。
虚拟仪器是以计算机（或微型计算机）为统一的硬件平台，配以具有测试和控制功能并可实现数据交换功能的硬件接口卡，加入具有特定功能的软件模块，通过软件的统一控制调度从而实现传统测控仪器的功能[3-4]。
一些大型结构在无损检测中如果采用常规无损检测方法特别耗时，因为需要探头对被测件进行逐点扫描。使用超声导波技术是解决这一问题极具吸引力的方法，在被测件的一点激励超声导波，若接收探头在激励源的远端，则收到的信号就包含了激励端与接收端两点之间被测件整体性的信息。另外，超声导波在被测件表面和内部都有质点的振动，这样的检测可以包括整个壁（或板）厚，可以检查内部缺陷，所以超声导波技术相对传统超声波技术有着突出的优势[5-6]。
在超声导波检测中，由于受频散条件的限制，检测情况的变化，超声波的频率、触发周期都经常发生变化，而常规超声检测频率恒定，不能满足变化的实际检测情况，基于上述原因，本文研究了一种导波虚拟检测仪器。该仪器利用下位单片机与上位工控机之间的通信实现超声激励频率、触发周期可调。
2 系统功能与框图
基于凌华高速采集系统的虚拟导波检测仪器主要可以分为两个部分，一个是数据采集部分，另一个是数据分析部分。
数据采集部分由工控机、下位单片机和检测设备组成。通过单片机控制激励信号，检测设备将激励信号作用于被测件，通过信号接收装置把检测信号送到采集卡的通道上，然后经过A/D转换后存入工控机中。
数据分析部分是将采集的原始数据做所需的处理过程，如滤波等，得到可以直接进行数据分析的数据，再通过计算机软件的图形模拟功能以图形和具有物理意义数值的形式显示出来，最后直接或经过简单的判断得到需要的检测结果。系统框图如图1 所示。
工控机

串口
PCI-9812
激励
接收
下
位
机
功率放大器
触发信号
显示 分析
信号放大滤波

图1 导波虚拟仪器检测系统框图

首先通过工控机串口与单片机通信设置工作模式和一次采集中激励的次数等参数。然后单片机产生脉冲信号控制激励的启动和采集卡接收数据的触发信号。接收装置采集到检测信号并送到采集卡通道上由采集卡接收。最后在工控机中对采集到的数据做处理、显示和结果分析。
3 软件设计
3.1 软件开发环境
目前主流的采集卡对软件平台的支持比较全面。凌华（PCI-9812）软件驱动提供了VC++（BC++）、VB和Dephi作为软件开发平台所需要的库文件，同时也为不同操作系统DOS、Win95、Win98、Win2000、WinNT和Linux分别提供了不同的库文件，基本能满足各类开发者的需求。本系统采用 VC++6.0为开发环境，使用提供的PCI-Dask动态连接库。
3.2 通用采集模块
通用采集模块是利用PCI-9812提供的数据采集接口将可设置的采集参数和采集方式进行一次性的软件集成，这样可最大程度的适应基于PCI-9812各种数据采集的应用。
参数设置中首先利用Register_Card函数注册PCI卡，通过AI_9812_Config函数配置触发模式、触发源、时钟源等参数，然后利用AI_ContScanChannelsToFile函数配置采集通道和速率等参数，利用AI_AsyncDblBufferMode函数配置是否使用双缓存，所有配置参数在界面上都是可选的。在参数配置完后可开始采集，采集结束的条件有两个：一是采集所要求的数据量，二是手工控制结束。采集的过程必须独立于UI（用户界面），因此需要为采集过程建立单独的工作线程，并与UI实现交互。
3.3 导波检测模块
根据导波检测方法设计的软件流程图如图2所示。
配置采集参数
等待触发
采集
结束
数据满
手动停

注册采集卡

图2 软件流程图
常规超声检测中，信号采集的频率和时间并不动态可调，导波检测模块通过PCI-9812 提供的软件接口实现导波检测参数的可调。与通用采集模块类似，可利用AI_ContScanChannels函数配置采集速率和采集数据量，根据
数据量 = 采集频率 采集时间
对采集时间的可调是通过对数据量的设置来实现的。
采集中需要下位机控制激励和采集的同步，所以触发模式采用POST模式，如图3所示。
准备采集

触发信号
采集开始
采集结束

图3 信号采集触发过程
3.4 下位机功能简析
下位机采用MCS-51系列（89C51）单片机。它主要有两个功能，一是与PC机通信确定工作模式与采集参数，采集参数主要是一次采集中激励的次数。二是根据确定的参数控制激励装置对被测件进行激励，同时也要对采集卡发出开始采集的触发信号。
3.5数据分析模块
数据分析部分通过VC++中图形编程功能把采集的数据的波形在一个控制面板上显示出来，并可以对波形进行滚屏和分级缩放等操作。控制面板还内置一个滤波器，可以对原始波形进行滤波后显示以便于分析。
在一次导波检测实验中使用的被测钢管参数：直径：38 mm，长度：4260 mm，厚度：5 mm，缺陷在右端，激励线圈安放在左边，检测线圈安放在中间，经过数据采集、处理后在软件中显示如图4所示。波形显示界面上，图象拖动滑块可实现波形滚屏，波形缩放可对显示波形进行y轴和x轴方向的缩放，滤波器按钮可对原始信号进行带通滤波（带通的频率与导波激励频率有关），左上角可显示鼠标所在位置对应的信号时间位置与幅值大小。
缺陷
波形滚动
波形缩放
滤波器
鼠标取值

图4 信号分析界面
根据激励和采集线圈放置于钢管上的位置可以分析接受到的各个波形的来源，通过做简单的运算便可得到缺陷的位置，经分析计算定位误差小于1%.
4 结论
本文主要论述了基于 PCI-9812的导波虚拟仪器检测系统，该系统可根据导波的检测要求，实现激励信号频率、信号触发时间、信号采集参数的动态可调，能够完成导波检测信号的数据分析，为导波检测走向工程应用提供了一种实现方法。
参考文献
[1] 李富强，万红，曾庆山，卢宜. 基于PCI9820的雷达回波信号实时采集系统，微计算机信息, 2005,21(6)：69-71
[2] 沈羽，齐伟民，张毅 实时高速数据采集与存储系统的一种实现方法. 微计算机信息, 2006，22(1)：83-85.
[3] 张戈，周明光 浅谈虚拟仪器的构成方法及特点.
[4] 袁健，刘小兵 虚拟仪器技术在多相流动试验台测控系统中的应用. 能源研究与利用, 2006,1：43-45.
[5] [美]J.L. 罗斯. 著固体中的超声波.北京：科学出版社，2000
[6] Kwun H. and Holt A E. Feasibility of Under-lagging Corrosion Detection in Steel Pipe Using the Magnetostrictive Sensor Technique. NDT & E International，1995,，28(4)：211~214