薄钢板超声波探伤模块整体设计方案

超声波探伤检测系统是基于 FPGA 控制的硬件系统，FPGA 通过输出驱动脉冲，来控制模拟前端电路产生负 600V 的高压脉冲，并将其加载到超声波探头上激发超声波。超声波以一定角度入射到待检测薄板中，若遇到缺陷，超声探头将接受到微弱的回波信号并转换为模拟电信号。前端处理电路对模拟电信号进行滤波、放大后交于 A/D 采集电路，高速 A/D 经过连续采样把模拟电信号转化为数字信号，再通过专业的 USB 接口芯片将大量的检测数据传递到 PC 上位机软件，由上位机对检测数据进行去噪和数据分析。

在实际探伤过程中，不同材质的金属薄板的回波信号存在差异。根据无损检测判伤标准，检测设备须在检测前先对无缺陷标准工件进行采样，获得的数据作为无伤超声波信号的参考值。在之后的检测过程中采集的数据都需要先与无伤信号的参考值进行比对，当两信号的差值达到一定程度时，即超过系统预设的判伤阈值，则判定当前检测点存在缺陷并对回波信号进行量化。

超声波探伤模块模拟电路设计方案

超声检测模块通过模拟前端电路完成超声波的激发和对微弱模拟电信号的预处理。根据压电原理，FPGA 控制产生 600V 高压窄脉冲激励信号，并将其加载到超声探头中的压电晶体上以激发超声波。

经超声探头接受并转换的模拟电信号非常微弱，只有经过硬件电路模拟滤波、放大处理后才能复合高速采集电路的输入要求。模拟前端处理电路主要用于完成对微弱电信号的滤波放大、增益放大和偏置调整。

前置滤波放大电路通过二极管对模拟电信号进行限幅滤波，再由一级电压跟随器进行阻抗匹配。压控增益放大电路继续对微弱电信号进行放大，使模拟电信号的幅值保持在 1V 左右。宽带固定增益电路将使用运放 AD9618，进一步放大回波信号使输出的全波在正负 2V 的范围。最后，偏置调整放大电路对回波信号的电压偏置进行调整，当信号的电压偏置为 2V 时，全波信号的电压幅值将在 0-4V 的范围内，即 A/D 转换芯片的输入电压范围。