渦流無損檢測作為無損檢測應用最廣泛的方法之一，具有傳感器結構簡單、靈敏度高、測量范圍大、不受油污等介質影響、抗干擾能力強等優(yōu)點，已被廣泛應用于冶金、機械、化工、航空等多個工業(yè)部門。然而由于受趨膚效應的影響，常被限制在對導體表面及亞表面層的檢測上，這使其檢測應用范圍受到了很大的限制。但是，若檢測線圈在脈沖激勵作用下，因脈沖信號中含有豐富、連續(xù)的頻率成分，所以檢測線圈中所得到的信息不僅包含了被檢測試件的表面、亞表面信息，還包含其深度信息，能夠對材質以及缺陷進行定量評價。而脈沖信號的波形、頻率、幅值、占空比等參數的改變對檢測結果有著不同的影響。因此為了獲得不同的脈沖激勵下的檢測結果。特制作了這一專用高精度大功率脈沖信號發(fā)生器。

2   硬件設計

    為滿足試驗要求，該信號發(fā)生器的設計目的是能產生多個波形，且頻率，電壓，占空比均可以調節(jié)的高精度，大功率脈沖信號。該信號發(fā)生器的硬件部分：通過單片機控制數模轉換芯片輸出不同的波形，再經過兩級放大以及高頻模擬開關進行波形整形得到較為完美的波形后，再用一組達林頓管進行電流放大得到較大功率的脈沖信號。系統(tǒng)硬件框圖如圖1示。

          圖1 系統(tǒng)硬件框圖

2.1顯示及鍵盤與單片機接口電路設計

    為實驗過程中觀察和調節(jié)方便，我們設置了對輸出波形最高電壓、占空比、頻率的七段管LED顯示以及對波形、波形最高電壓、占空比、頻率的鍵盤選擇。其中，LED顯示安排如下：電壓由一只七段管進行顯示，占空比由兩只七段管，頻率有三只七段管進行顯示；鍵盤安排如下：波形選擇鍵2 個，電壓調節(jié)鍵2個，頻率調節(jié)鍵2個，占空比調節(jié)鍵2個。六只七段管顯示與單片機接口電路如圖2示，圖中利用六只74LS164為LED管串入并出移位積存器，P3.3用于控制顯示器的輸入，2×4鍵盤與單片機接口電路如圖2示。

圖2  LE D顯示與單片機接口電路

圖3  2×4鍵盤與單片機接口電路

2.2單片機控制D/A芯片的接口電路設計

    D/A芯片選用由National Semiconductor公司生產的DAC0832，它是20引腳雙列直插式低功耗CMOS器件，它內部具有兩級數據寄存器，完成8位電流D/A轉換。要得到滿足實驗要求的波形，還必須通過DAC0832的輸出端接運算放大器來實現(xiàn)。為了與DAC0832較高的轉率換速相匹配，這里選用National Semiconductor公司生產LF357運算放大器與之配合使用。LF357不僅具有高轉換速率，而且具有：低輸入偏置電流，低輸入偏移電流（僅為30pA）, 低輸入噪聲電流（僅為 ）,高共模抑制比，寬頻帶增益。單片機控制D/A芯片連接電路如圖4示。

圖4   D/A芯片的接口電路

2.3波形整形及放大電路設計

    由于經DAC0832及外接的運算放大器輸出的波形仍然不夠平滑，還有DAC0832進行D/A轉換時的上升沿，因此必須對輸出波形進行整形以滿足我們的實驗要求。波形整形芯片選用MAX4624，它是MAXIM公司生產的低開路電阻，低電壓先合后開單刀雙擲模擬開關。它具有過電流保護；能夠快速開閉，閉合及斷開最大時間均為50ns；電路開路電阻很低，供電電源為5伏時，Ron為1歐姆，供電電源為3伏時，Ron為2歐姆，也就是說，電路內部開關噪聲低。為得到較大功率的脈沖信號，必須對第二級放大后的輸出信號進行電流放大，這里選用兩只JFET管組成一對達林頓管進行電流放大。同時為滿足實驗時對不同功率脈沖信號的要求，將第二級放大增益設計為可調的。其連接電路如圖5示。

圖5  波形整形及放大電路設計

    作為專用PWM脈沖信號發(fā)生器，常有大的瞬時變化，這時整個線路往往會電源引線而產生電路諧振，產生尖峰干擾信號，消除種干擾的辦法可在芯片與電源線與地之間加上適當的去耦電容。這里采用的是將兩個電容并聯(lián)的方法。

3  軟件設計

    根據前面的硬件描述，其軟件實現(xiàn)如圖6、7示。主程序完成程序的初始化，循環(huán)等待接受由鍵盤輸入的數據并產生相應的脈沖信號，首先確定輸出信號的波形、初始頻率并根據其波形和初頻進行編碼，存儲在單片機的ROM中，然后以一定的時間間隔將這些數字量送入D/A芯片進行轉換輸出，為得到不同的脈沖頻率，可通過改變輸入D/A芯片的數據間隔來改變輸出頻率。
    
                 圖6 主程序流程圖
           
               圖7  PWM子程序流程圖


4結束語

    本信號發(fā)生器與其它相比具有如下優(yōu)點：①較分立元件信號發(fā)生器而言，具有頻率高，工作穩(wěn)定，容易調試等特性；②較專用DDS芯片的信號發(fā)生器而言，具有結構簡單，成本低等特性。

    本信號發(fā)生器各參數調節(jié)范圍為：脈沖占空比調節(jié)范圍為2-100%;電壓調節(jié)范圍為0-5.0V，步進0.02V；頻率調節(jié)范圍為1KHz-100KHz。通過對軟件硬件的調試和檢測表明，該系統(tǒng)的軟件和硬件均能夠很好的工作，能夠滿足脈沖渦流探傷實驗的特殊要求。且由于采用鍵盤調節(jié)方式以及專用的LED顯示，使我們的實驗更加方便。但由于DAC0832芯片的建立時間的限制（其建立時間為1μs），即使使用高頻模擬開關進行波形整形，其輸出波形仍然不夠完美。但若將DAC0832用其他建立時間較短的D/A轉換芯片來代替，如DAC712,則能夠得到非常完美的波形。

參考文獻：

 [1] 朱定華，戴汝平等，單片微機原理與應用[M].北京交通大學出版社，清華大學出版社，2003
[2]International Semiconductor公司：DAC0832技術資料
[3] International Semiconductor公司：DAC712技術資料
[4] International Semiconductor公司：LF357技術資料
[5]MAXIUM公司: MAX4624技術資料