嵌入式系统/ARM技术中的焊缝检测系统中PCI总线高速数据采集卡的设计

摘要：介绍了应用在焊缝缺陷自动超声检测系统中的高速数据采集卡的性能，给出了其硬件实现方案和ＷＩＮＤＯＷＳ９８下的虚拟设备驱动程序（ＶＸＤ）。该数据采集卡不仅具有较高的采样频率，而且充分利用ＰＣＩ总线带宽，实现了高速数据传输。测试表明，ＷＩＮＤＯＷＳ９８应用程序能够稳定地采集焊缝信号，满足系统对数据采集的要求。 关键词：数据采集 ＰＣＩ总线 焊缝缺陷 ＶＸＤ焊缝缺陷自动超声检测系统是一种重要的无损探伤设备，可用于检测平板、管道、容器等的纵、横焊缝以及接管角焊缝缺陷。与手工检测方法相比，该系统具有运行平稳、漏检率低、显示直观等优点。在焊缝缺陷自动超声检测系统中，缺陷回波信号通常为宽度约１０ｎ 在嵌入式系统和ARM技术领域，焊缝检测系统中PCI总线高速数据采集卡的设计是关键组成部分。这种数据采集卡被应用于焊缝缺陷自动超声检测系统，它是一种无损探伤设备，能有效检测平板、管道、容器等结构的焊缝缺陷，对比传统手工检测方法，具有更高的效率和准确性。 数据采集卡的设计目标在于实现高速、高精度的数据采集，以捕捉到宽度约为10ns到100ns、幅值在几十μV到几十mV之间的窄脉冲缺陷回波信号。为了达成这一目标，设计中采用了以下关键技术： 1. **高速A/D转换器**：选择了转换速率高达60MHz的8位高速A/D转换器（如ADS830），确保了足够的采样频率，满足了焊缝缺陷检测的实时性要求。 2. **FIFO缓存**：32KB的高速FIFO缓存用于存储A/D转换器输出的高速数据，确保数据在传输至PCI总线时不丢失，同时也使得A/D芯片不必与PCI总线同步工作，提高了芯片的利用率。 3. **PCI总线接口**：通过PCI接口芯片，FIFO中的数据得以适时写入内存，充分利用了PCI总线的带宽，实现高速数据传输。 4. **模拟信号处理**：设计了高增益高带宽放大电路，采用多级放大和滤波，以适应不同探伤需求。放大器具有80dB的增益和15MHz的带宽，并通过数字电位器实现增益的动态调整。 5. **控制逻辑**：基于CPLD（复杂可编程逻辑器件）的控制逻辑是整个系统的中枢，它协调读写操作，选择模拟输入通道，控制高压脉冲发生，以及设置放大电路增益。Xilinx的XC9572XL-VQ64芯片因其快速响应和灵活配置被选为CPLD。 6. **虚拟设备驱动程序（VXD）**：在Windows 98操作系统下开发了VXD，使应用程序能够稳定地采集焊缝信号，确保了系统软件层面的兼容性和稳定性。 7. **通道选择电路**：设计了多路模拟通道选择电路，以支持多通道探伤，实现不同检测路径的切换。 通过以上技术的集成，高速数据采集卡成功地实现了焊缝缺陷的高效、准确检测。测试结果表明，该系统能够平稳运行，降低漏检率，且检测结果显示直观，充分满足了焊缝检测系统对数据采集的需求。在嵌入式系统和ARM技术的背景下，这种高性能的数据采集卡设计对于提升自动化检测系统的整体性能具有重要意义。