跟着科学技能的开展，高温、高压、高速和高负荷已成为现代工业的重要标志，但它的完结是建立在资料高质量的根底之上的，为保证这种优异的质量，有必要选用不损坏产品本来的形状、不改动其运用性能的检测办法，对产品进行百分之百地检测，以保证其可靠性和安全性，这种技能便是无损检测技能。
超声波检测在无损检测中占有着首要位置，广泛应用于金属、非金属资料以及医学仪器等范畴。近年来以微电子学和核算机技能为根底的信息技能飞速开展，超声无损检测仪器也得到了史无前例的开展动力，为了进步检测的可靠性和进步检测功率，研发数字化、智能化、主动化、图画化的超声仪是当今无损检测范畴开展的一个重要趋势。而传统的超声波检测仪存在准确性差、精度低、体积大、功耗大、人机界面不友好等问题。而超声波发射与操控电路正是在一种依据ARM的超声波检测体系的根底上，以ARM微操控器为中心，运用C言语编程，方便地完结了发射频率与鼓励电压脉冲幅度的调理。
1 超声波检测体系的整体规划结构
依据ARM超声波检测体系的整体结构框图，如图1所示。该体系首要由3部分组成：超声波前端发射接纳电路、DSP和ARM处理器。
超声波前端发射电路担任发生鼓励脉冲电压和重复频率可调的超声波。接纳电路首要将反射回来的弱小信号经扩大、滤波等电路处理，然后经过A/D转化电路对信号进行收集并将收集的信号经数据缓冲FIF0送入DSP。
DSP接纳由A/D转化器经FIF0缓冲后的数据，首要完结核算结构杂乱的信号处理算法，进步超声探伤仪器的精度和数据处理才能。
ARM处理器首要完结两部分功用：一是操控功用，调理鼓励脉冲的宽度和重复频率以及扩大电路的扩大倍数；二是完结信号的实时显现、存储以及和外部的通讯等功用。ARM微处理器选用依据ARM920T的16/32位RISC微处理器S3C2440A。其内核频率最高为400MHz，功耗低，体积小，集成外设多，数据处理才能好，因此可广泛应用于手持设备等。
2 超声波发射电路
依据被测件的资料、厚度等不同条件，所需的相应超声波探头的频率、发射电压也不同。发射的超声波频率一般为几MHz，高压鼓励脉冲一般为几十到几百伏，脉冲的上升时刻不超越100ns。依据频谱剖析，鼓励脉冲宽度探头频率之间存在着最佳关系式，当脉冲宽度满意这一关系式时，接纳探头的接纳信号质量最好。该关系式即为：
式中，f0为探头频率，2a为脉冲宽度。本规划所选探头频率为2.5MHz，由式(1)确认的脉冲宽度为600ns，所以放电时刻应尽量操控在600ns。
超声波探伤法的品种许多，实践运用中，大部分选用脉冲反射法，其发射电路多选用非调谐式，超声波发射电路如图2所示。电路由可调高压电源、电阻R1和R2、能量存储电容C、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)VQ、快速康复型二极管VD1、VD2和探头组成，设二极管等效电阻为R3，开关等效电阻为R4。ARM微处理器的PWM模块发生频率和占空比可调的脉冲，经IGBT的驱动和维护电路后送入开关管VQ的栅极构成操控脉冲V1。当V1为负脉冲时，IGBT关断，高压电源经过R1、VD2对电容C充电，充电时刻常数为τ1=C(R1+R3)。当t>5τ1时，以为电容C充溢。当V1为正脉冲时，IGBT注册，电容C经过开关管VQ、R2和二极管VD1对探头放电，放电时刻常数为τl=C(R2+R3+R4)。超声波探头收到高压负脉冲的鼓励后便发生必定频率的超声波。
电路中元件效果：
1)电阻R1用来约束充电时高压电源对电容C的充电电流，即起到限流效果，并减小发射单元作业时对电源的影响，从这点考虑，要求电阻R1阻值越大越好。另一方面，电路的重复频率f较高，为了使电容C在触发前能充溢电，就有必要满意CR11/5f。所以要挑选适宜的电阻R1的阻值。
2)电阻R2有2个效果：一是调理放电时刻和发射功率，二是作为阻尼电阻，调理超声脉冲宽度。R2的阻值越小，发射功率越小，发射脉冲越窄；R2阻值越大，发射功率越大，发射脉冲越宽。
3)快速康复型二极管Vd1、Vd2滤去充电脉冲，使A点只要放电时的负电压鼓励脉冲。
充电时，电流i与电压UR的关系式如式(2)～式(3)所示。
所研发的电路板可激起探头发生0.5～10MHz的超声波，鼓励脉冲电压最高可达830V，脉冲的上升时刻小于50ns。
3 依据ARM的PWM脉冲的发生
ARM嵌入式处理器是具有极低功耗、极低本钱的高性能处理器，运算速度快、精度高，并且便于实时操作体系的移植，真实成为实时多任务体系。S3C2440A内嵌PWM脉冲模块含4通道16位定时器，占空比、频率、极性可编程，且具有主动重载和双缓冲功用。主频FCLK最高达400M-Hz，APB总线设备运用的PCLK最高达68 MHz。详细进程为：首要，敞开主动重载功用，对PWM脉冲的各个参数经过PWM寄存器进行设置，如定时器装备寄存器(TCFGn)，定时器操控寄存器(TCON)，定时器计数缓存寄存器(TCNTBn)，定时器比较缓存寄存器(TCMPBn)，定时器计数调查计数器(TCNTOn)等的设置。其次，设置相应定时器的手动更新位，然后设置开端位，在等待时刻后定时器开端倒计数，当TCNTn和TCMPn的值相一起，TOUTn的逻辑电平由低变为高。当TCNTn为0，TCNTn用TCNTBn的值主动重载。假如要从头设置TCNTn的初始值，则要履行手动更新。
经过运用TCMPBn来履行PWM功用，PWM的频率由TCNTBn来决议。双缓冲功用答应对下个PWM周期在当时PWM周期恣意时刻点由ISR或其他程序改写TCMPBn。
4 高压电源及其操控
超声波发射电路对鼓励电压脉冲要求较高，需求必定的幅值，并且脉冲宽度要求越小越好，且须有必定的发射功率，这决议了超声波探伤的灵敏度，还关系到工件探伤的深度。假如要穿透较厚的工件，就需将较大的电功率转化成声功率。发射功率为：
式中，uA0为电容放电时的瞬间电压，C为电容容量，t为放电时刻，
为有用功率。
当放电时刻常数确认后，放电时刻和C即确认。所以加大发射电压是进步发射功率的首要途径，由放电电压公式可知，除电路中的各个电阻影响外，高压电源的电压是一个首要因素。但电压又不能太高，不然会使压电晶片加快老化。一般发射电压不超越1800V。
这儿选用美国Ultravoh公司的高压电源模块。其间“V”系列的型号为1V12-P0.4电源模块，能彻底满意该规划的需求，其输入电压为12V，输出电压为0～1000V，操控电压为0～5V，功率为0.4W。低功耗、体积小、重量轻，并带有输出电压监测和自维护电路。高压电源操控电路如图3所示。
ARM微处理器输出的操控信号经D/A转化后可输出0～5V的操控信号V2，相应的高压电源模块即可输出0～1000V的电压。
5 仿真及剖析
为验证本规划是否能满意试验的需求，对电路进行软件仿真。因为t=5τ1，约为500μs时以为充电%&&&&&%充溢，所以把开关频率设置为1kH-z。仿真成果如图4和图5所示。
图4中，高压电源输出为725V，R1=10kΩ，R2=100Ω，C=0.01μF，得到的鼓励脉冲约为600V，宽度为600ns。此脉冲满意本规划中超声波频率为2.5MHz时，探头对鼓励脉冲宽度的要求。
图5中，当高压电源输出最大为1000V，R1=10kΩ，R2=100Ω，C=0.01μF时，得到的鼓励脉冲约为830V，宽度为600ns。
因为带充电电阻器的高压直流电源功率不是很高，所以鼓励脉冲的电压也不能到达高压电源的电压。经过ARM微处理器发射不同频率和占空比的操控脉冲，能够操控发射电路发射宽度和重复频率可调的鼓励脉冲。
6 定论
经过对发射电路作业原理以及各个元件效果的剖析，得出了各个元件对超声波所起的不同效果，以及ARM的PWM模块怎么对鼓励脉冲宽度和重复频率进行调制。经验证。该电路发射的超声波功率、脉冲宽度和重复频率均可调。能满意多种检测需求。
