用于冷凝管检测的小型化超声系统电路设计

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冷凝管是工业领域的一种重要设备,有必要对其进行定期无损检测。然而,冷凝管往往直径小、长度大、管道曲折,在核电厂中,还存在辐射高、电磁环境复杂、停工成本过高等约束,使常规的无损检测方式无法直接应用于冷凝管检测。工业超声检测技术比较成熟、适应性广,适用于冷凝管等金属管道的检测中,但是其体积较大,无法直接从内部对冷凝管进行检测。针对冷凝管尺寸的约束,本论文以设计用于螺旋冷凝管检测的小尺寸超声检测电路系统为研究目标,以8路超声检测系统的电路原型设计和测试为研究内容,具体完成了以下工作:(1)提出了系统整体的设计方案,将系统划分为脉冲发射模块、回波接收模块、辅助转接板和低压电源模块四个电路部分。其中前二者将内置于冷凝管中完成超声检测的主要功能,后二者将在冷凝管外部辅助前二者工作。每个部分设计成独立的印制电路板,通过软性材料连接。对需要进入冷凝管的脉冲发射模块、回波接收模块提出了长、宽均小于5cm的小型化设计需求。(2)根据脉冲发射模块的设计目标,提出多种设计方案并完成电路设计,测试表明,基于HDL6M05584芯片的脉冲发射模块可发射最小脉宽为120ns的双极性高压脉冲,且模块电路板长和宽均小于5cm,适合系统的整体设计需求。(3)根据回波接收模块的设计目标,通过比较多种方案,选择基于AFE5808a芯片的回波接受方案并进行电路设计。经测试,该模块数据采样率可达到50MSPS(Million Samples Per Second,每秒百万样本),模块电路板长和宽均小于5cm。(4)设计完成了在冷凝管外部辅助超声系统工作的辅助转接板和低压电源模块。辅助转接板用于各模块间的信号连接,同时包括用于辅助回波接收模块的参考电压生成电路和采集时钟生成电路,前者可产生共模电压为0.75V、电平差在0V到+1.5V之间的参考电压信号,后者可产生50MHz的采样时钟信号。经测试,上述电路满足系统设计需求。低压电源模块可产生+1.8V、+3.3V、+5V和-5V的直流电压,经测试,该模块生成的电压幅度符合要求,且纹波率小于10%,满足系统设计需求。(5)完成了全部电路模块的系统联调,验证了全部电路模块能够正常工作,实现了用于冷凝管检测的小型化超声电路系统的设计要求。综上,本论文针对冷凝管检测的需求,设计了小型化的超声系统电路,在实验室条件下完成了初步的验证工作,该系统的完整工业产品原型设计有待未来软硬件研发工作的进一步完善。
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