一种基于fpga的频率可调的正交acfm检测装置的制造方法

一种基于fpga的频率可调的正交acfm检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，属于无损检测
技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，在海洋石油工程领域，海洋平台和海底管道等设备长期在恶劣的海洋环境 中服役，较易出现腐蚀、疲劳、断裂等结构失效，而且有相当数量的平台已经进入老龄服役 期，对其进行检测已是当务之急。
[0003]交流电磁场检测（AlternatingQirrentFieldMeasurement,简称ACFM)技术 是一种新兴的电磁无损检测技术，也是近年来无损检测技术（Non-destructiveTesting NDT)领域内的主要进展之一。
[0004] 交流电磁场检测缺陷检测机理为；当缺陷的存在，待测工件表面的感应电流会从 缺陷的两边绕过，在与电流流向垂直方向的缺陷最大边缘产生汇聚，磁通密度沿感应电流 方向X的分量Bx和工件法线方向Z的分量化在出现峰值，而在缺陷中也处几乎没有电流 流过，该点的化分量呈现最小值，分析化峰值间距和公础重谷值差就可W定量缺陷在该方 向上的长度和深度。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案为；一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装 置，FPGA控制器（21)经D/A转换电路（1)、电压放大电路（2)、幅值调理电路（3)、功率放大 电路（4)与双U型正交激励探头（9)的一组线圈相连，FPGA控制器（21)经D/A转换电路 巧）、电压放大电路化）、幅值调理电路（7)、功率放大电路巧）与双U型正交激励线圈巧） 的另一组线圈相连，两组线圈在被检测试件（10)中产生交流电磁场，FPGA控制器（21)通过 幅值调理电路（3)与幅值调理电路（7)分别调节两路信号的幅值，正交检测探头（20)采集 被检测试件（10)中的磁场信号，正交检测探头（20)的一组线圈的输出信号经一级电压放 大电路（14)、低通滤波电路（13)、二级程控增益可调电路（12)、A/D转换电路（11)由FPGA 控制器（21)采集，正交检测探头（20)的另一组线圈的输出信号经一级电压放大电路（19)、 低通滤波电路（18)、二级程控增益可调电路（17)、A/D转换电路（16)由FPGA控制器（21) 采集，FPGA控制器（21)经D/A转换电路（15)、分别与二级程控增益可调电路（12)、二级程 控增益可调电路（17)相连，控制其增益大小。
[0007] 优选是，FPGA控制器（21)控制两路D/A转换芯片得到频率可调相位正交的激励 信号，两组激励信号经过电压放大电路、幅值调理电路、功率放大电路后驱动双U型正交激 励探头巧），双U型正交激励探头（9)会在试件表面产生均匀感应磁场。
[0008] 优选是，所述双U型正交激励激探头巧）由U型猛锋铁氧体磁芯上垂直放置的两 组线圈构成，正交激励信号分别驱动两个正交线圈，在试件表面产生一均匀感应电流，均匀 感应电流产生均匀感应磁场，双u型正交激励激探头能够有效弥补感应电流方向对裂纹方 向检测限制，该结构的探头对任意方向裂纹均有较高的检测灵敏度。
[0009] 优选是，正交检测探头（20)由缠绕在骨架上垂直放置的两个线圈组成，两个正交 检测线圈分别检测两个不同的信号：磁场强度Z方向的分量ife和磁场强度X方向的分量 Bxo
[0010] 优选是，通过AD5551与AD603芯片可W实现二级程控增益可调，设置不同增益，W 利于缺陷的定量分析，AD5551第1引脚连接AD603第1引脚，AD5551芯片的第4引脚、第5 引脚、第6引脚连接到FPGA控制器上，通过FPGA控制器控制AD5551输出电压值。
[0011] 优选是，幅值调理电路做和幅值调理电路（7)采用数字电位器X9313实现， X9313第1引脚、第2引脚、第7引脚分别与FPGA控制器第126、127、128引脚相连，X9313 的第4弓I脚接地，X9313的第8引脚接正5V电源。
[0012] 有益效果
[0013] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于，无需使用移相器，激励信号频率可调且 始终正交，且本装置可W克服感应电流方向对裂纹方向检测限制。
【附图说明】
[0014] 图1是一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置的结构示意图；
[0015] 图2是D/A转换电路原理图；
[0016] 图3是幅值调理电路原理图；
[0017] 图4是二级程控增益可调电路原理图；
[001引图5是二级程控增益可调电路原理图；
[0019] 图6是双U型正交激励探头结构图；
[0020] 图7是本实用新型正交检测探头结构图。
【具体实施方式】
[002。 如图1所示，FPGA控制器21经D/A转换电路1、电压放大电路2、幅值调理电路3、 功率放大电路4与双U型正交激励探头9的一组线圈相连，FPGA控制器21经D/A转换电 路5、电压放大电路6、幅值调理电路7、功率放大电路8与双U型正交激励线圈9的另一组 线圈相连，两组线圈在被检测试件10中产生交流电磁场，FPGA控制器21通过幅值调理电 路3与幅值调理电路7分别调节两路信号的幅值，正交检测探头20采集被检测试件10中 的磁场信号，正交检测探头20的一组线圈的输出信号经一级电压放大电路14、低通滤波电 路13、二级程控增益可调电路12、A/D转换电路11由FPGA控制器21采集，正交检测探头 20的另一组线圈的输出信号经一级电压放大电路19、低通滤波电路18、二级程控增益可调 电路17、A/D转换电路16由FPGA控制器21采集，FPGA控制器21经D/A转换电路15、分别 与二级程控增益可调电路12、二级程控增益可调电路17相连，控制其增益大小。
[0022] D/A转换电路1、电压放大电路2、幅值调理电路3、功率放大电路4与D/ A转换电 路5、电压放大电路6、幅值调理电路7、功率放大电路8的工作原理及电路连接一样，A/D转 换电路11、二级程控增益可调电路12、低通滤波电路13、一级电压放大电路14与A/D转换 电路16、二级程控增益可调电路17、低通滤波电路18、一级电压放大电路19的工作原理及 电路连接一样。
[0023]FPGA控制器21设定正弦查询表和余弦查询表，正弦查询表包含一个正弦波周期 的数字幅度信息，每一个数字幅度信对应正弦波中0°~360°范围的一个相位点。通过寻 址查询表地址输出相应正弦波幅度信号，然后驱动D/A转换电路1输出模拟量，余弦查询表 包含一个余弦波周期的数字幅度信息，每一个数字幅度信对应正弦波中0°~360°范围 的一个相位点。通过寻址查询表地址输出相应余弦波幅度信号，然后驱动D/A转换电路巧） 输出模拟量。
[0024] 激励信号产生电路WAD9754为核也，从AD9754的第1引脚到第14引脚连接到 FPGA控制器的14个引脚上，AD9754的第20引脚、第26引脚接地，AD9754的第24引脚、第 27引脚接正5V电源，AD9754的第28引脚接FPGA控制器的1个引脚。
[0025]X9313的第1引脚、第2引脚、第7引脚分别连接到FPGA控制器上的S 个引脚，X9313的第7引脚置1，X9313正常工作；X9313第2引脚置1且X9313 第1引脚由高电平跳变为低电平，X9313输出阻值增加；X9313第2引脚置0且 X9313第1引脚由高电平跳变为低电平，X9313输出阻值减小。设X9313输出阻值 屯，一个固定阻值J前级，输入电压为巧，输入电压为巧，，幅值调理电路计算公式：
[0026]
【主权项】
1. 一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于，FPGA控制器（21) 经D/A转换电路（1)、电压放大电路（2)、幅值调理电路（3)、功率放大电路⑷与双U型正 交激励探头（9)的一组线圈相连，所述FPGA控制器（21)经D/A转换电路（5)、电压放大电 路（6)、幅值调理电路（7)、功率放大电路（8)与双U型正交激励线圈（9)的另一组线圈相 连，两组线圈在被检测试件（10)中产生交流电磁场，所述FPGA控制器（21)通过幅值调理 电路（3)与幅值调理电路（7)分别调节两路信号的幅值，正交检测探头（20)采集被检测试 件（10)中的磁场信号，所述正交检测探头（20)的一组线圈的输出信号经一级电压放大电 路（14)、低通滤波电路（13)、二级程控增益可调电路（12)、A/D转换电路（11)由所述FPGA 控制器（21)采集，所述正交检测探头（20)的另一组线圈的输出信号经一级电压放大电路 (19)、低通滤波电路（18)、二级程控增益可调电路（17)、A/D转换电路（16)由FPGA控制 器（21)采集，所述FPGA控制器（21)经D/A转换电路（15)、分别与二级程控增益可调电路 (12)、二级程控增益可调电路（17)相连，控制其增益大小。
2. 根据权利要求1所述一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于， 所述FPGA控制器（21)控制两路D/A转换芯片得到频率可调相位正交的激励信号，两组激 励信号经过电压放大电路、幅值调理电路、功率放大电路后驱动双U型正交激励探头（9)， 双U型正交激励探头（9)会在试件表面产生均匀感应磁场。
3. 根据权利要求1所述一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于， 所述双U型正交激励激探头（9)由U型锰锌铁氧体磁芯上垂直放置的两组线圈构成，正交 激励信号分别驱动两个正交线圈，在试件表面产生一均匀感应电流，均匀感应电流产生均 匀感应磁场，双U型正交激励激探头能够有效弥补感应电流方向对裂纹方向检测限制，该 结构的探头对任意方向裂纹均有较高的检测灵敏度。
4. 根据权利要求1所述一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于， 正交检测探头（20)由缠绕在骨架上垂直放置的两个线圈组成，两个正交检测线圈分别检 测两个不同的信号：磁场强度z方向的分量ife和磁场强度X方向的分量I。
5. 根据权利要求1所述一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于， 通过AD5551与AD603芯片可以实现二级程控增益可调，设置不同增益，以利于缺陷的定量 分析，AD5551第1引脚连接AD603第1引脚，AD5551芯片的第4引脚、第5引脚、第6引脚 连接到FPGA控制器上，通过FPGA控制器控制AD5551输出电压值。
6. 根据权利要求1所述一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，其特征在于， 所述幅值调理电路（3)和所述幅值调理电路（7)采用数字电位器X9313实现，X9313第1 引脚、第2引脚、第7引脚分别与FPGA控制器三个引脚相连，X9313的第4引脚接地，X9313 的第8引脚接正5V电源。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA的频率可调的正交ACFM检测装置，该装置采用FPGA控制器控制集成电路得到频率可调相位正交的信号，为两路激励线圈提供激励信号。根据电磁感应原理，当激励线圈靠近被测导电试件时，被测件中会产生交流电流，交流电流反过来又影响激励线圈所产生的磁场。利用正交检测探头测量磁场的变化，该磁场变化信号分两路经过两级放大后送入D/A转换芯片，由FPGA控制模块对磁场变化信号进行数字检波处理，分离出该信号幅值和相位，通过USB传输到上位机，在上位机绘制信号的时基图和蝶形图。该装置能产生相位正交激励信号，且工作频率可在0－10kHz范围内连续调节，适用于海底平台及石油管道等重要领域的无损检测与评估。
【IPC分类】G01N27-82
【公开号】CN204613152
【申请号】CN201520303025
【发明人】任万磊, 曹丙花, 范孟豹, 谢伟, 侯鹏磊, 王琪, 杨盼盼, 盛恒
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月12日