[发明专利]基于DDS技术的涡流检测激励信号源

说明书

技术领域

本发明涉及一种激励信号源，尤其涉及一种可发生任意波形的基于DDS技术的涡流检测激励信号源，属于无损检测设备技术领域。

背景技术

涡流检测是无损检测的常规方法之一，已在机械、石化、航空、冶金等诸多工业领域得到了广泛应用。涡流检测具有以下特点：1）对非磁性材料有效，对环境无污染，操作方便；2）非接触性测量，不需要耦合剂，便于实现高速、高效检测；3）可检测导电材料表面及近表面裂纹等缺陷，响应信号包含有裂纹深度、宽度、形状等丰富的特征信息；4）可在薄壁管、线材、零件内孔表面等其它检测方法不适合的场合实施检测。

涡流检测系统主要由激励信号源、磁场测量装置、涡流响应信号采集及其处理系统等部分组成。常规涡流检测大多以单频正弦电流作为激励信号，通常采用LC或RC振荡电路来实现。但随着涡流检测技术朝着多频涡流检测、脉冲涡流检测、远场涡流检测等方向发展，涡流检测系统对激励信号源的要求也越来越高，尖波或其它波形也可作为激励信号而付诸应用。例如，为了获得被测导体不同深度的缺陷信息，需要采用多频正弦信号进行激励；为了减小集肤效应的影响，尤其是在对多层金属结构中间层或次表面缺陷进行检测时，需要采用脉冲信号进行激励；又如，在远场涡流检测系统中，由于探头较长，需要较高功率的激励信号以提高响应信号幅值。同时，激励源是整个检测系统的信号源，对激励信号波形、频率、幅值等参数进行灵活调整，可适时改变涡流响应信号中所包含的特征信息，这将便于对检测结果客观地进行分析与评价，从而提高检测效率。但是，如果激励信号本身质量不高或稳定度不够，就会给后续涡流响应信号的特征提取造成困难，甚至使涡流检测难以进行下去。因此，在整个涡流检测系统中，激励信号源是影响整个检测系统工作性能的关键部件之一。

多频涡流检测方法采用几个不同频率正弦信号激励涡流传感器，故获得的涡流响应信号所包含的特征信息会比单频涡流检测更丰富。激励信号的具体实现可以采用同步合成或异步合成方式。前者激励信号采用多个不同频率分量的正弦信号进行叠加，信号峰值较高，对驱动电路的电压范围要求较宽；后者采用多个频率分量的正弦信号依次驱动涡流传感器，需要不断切换激励信号频率，检测时间较长。中国专利文献201010506292.8针对现有多频涡流检测技术的不足，公开了一种调制多频涡流检测方法，在有效降低涡流检测系统激励信号和响应信号的峰值因素的同时，通过采用短时连续变化频率的线性调频激励信号，减少了检测时间，提高了检测缺陷速度。中国专利文献200920181215.2公开了一种多频涡流检测仪，其信号发生模块包含有多个可产生不同频率激励信号的信号发生器，并利用加法器对同时产生的多种交变激励信号进行叠加，最后通过功率放大电路输出至检测线圈。但以上技术方案均只适用于多频涡流检测这种单一应用场合，而无法满足当前脉冲涡流检测等新技术对激励信号源提出的新要求，要产生任意波形的激励信号更无从谈起，因此需要对现有技术进一步改进以满足各种涡流检测对激励信号源的要求。

直接数字频率合成（Direct Digital Freqency Synthesis,DDS）是基于Nyquist采样定理和数字波形合成原理而发展起来的一种数字化频率合成技术。DDS频率合成器主要由频率寄存器、相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器等组成。在系统基准时钟一定的情况下，输出信号的频率取决于频率寄存器中的频率控制字，而相位累加器的字长决定了频率分辨率。DDS技术特点主要在于：1）频率分辨率高，输出频点多；2）频率切换时间短，可达us级；3）频率切换时相位变换连续，即DDS通过改变相位增量来改变合成信号的输出频率，而相位函数曲线是连续的；4）可以产生任意波形信号；5）易于全数字化实现，便于集成，体积小，功耗低。宋琦华等人在论文“基于DDS技术的脉冲涡流检测系统”【计算机测量与控制，2011（8）】中，利用专用DDS芯片AD9850产生1KHz、50%占空比的方波激励，完成了脉冲涡流激励信号源的设计，较好地解决了激励信号频率连续可调、频率稳定性等问题。陈道杰等人在论文“DDS技术在涡流检测中的应用”【微处理机，2005（3）】中，采用三片专用芯片AD9832组成程控宽带正交信号，较好地解决了激励信号源及相关检测电路中参考源的问题。但以上文献所采用的专用DDS芯片以硬件电路方式只能产生正弦波、方波等标准激励信号，无法实现任意波形激励信号的输出，且成本较高，从而限制了涡流激励信号源的应用场合。因此，对DDS技术进行进一步改进，提供一种可发生任意波形激励信号的涡流检测激励信号源，具有十分重要的意义。

发明内容