PCI-9820在不间断钢材生产在线检测中的应用

■前言
随着科技的进展，基础建设中对材料的需求也越来越高了。比如在高速铁路的建设中，对钢材的质量要求就近乎苛刻。这样就要求在钢材的生产过程中，要在线、实时地进行检测。

检测的内容包括测厚与探伤。传统用的设备一般采用国外进口专用设备，具有成本高(单测试设备近人民币1000万)、对生产线要求高(对钢材的平整度、准直度的要求很高)等缺点，无法得到大量应用。

本文阐述了如何利用ADLINK PCI-9820高速采集卡完成钢材在线检测。
　　
　　
■系统构成
系统基于PIV工控机，采集卡选用ADLINK公司的PCI-9820高速采集卡。这块卡有2个模拟量输入通道，可以以65MS/s同步采集输入信号。分辨率14bit，可以提供足够的动态范围。板卡512MB采样内存，可以存贮相当长时间的数据。

图一、PCI-9820图片

图二、PCI-9820系统框图

1. 采样频率
超声在钢材中的传输速度为5900m/s，而系统总体指标要求距离分辨率优于0.1mm。若以PCI-9820两路同步最大采样速率60MS/s计算，则距离分辨率为0.098mm。满足系统要求。

实际应用中，采用10MHz超声波发射，通过对超声的回声信号进行采集进行判断。

图三、超声探头示意图

2. 通道数
生产的钢材为一定宽度的钢板。在生产过程中为了满足系统的实时性，需要使用64个传感器同时测量。衡量了速度与成本之后，决定采用8块PCI-9820，也就是说，16CH同时采集。64个传感器分成4组，每组16CH，在外部做切换电路进行切换。

图四、共64CH，分成4组，每组16CH

3. 采集方式
钢材的生产速度为1m/s到10m/s不等。为了保证在钢材生产过程中检测足够多的点，要求每0.5ms采集一组数据。这就对PCI-9820的数据传输时间有很高的要求。实际上之前该客户也曾用过本地一家企业生产的高速A/D卡，最后因为传输时间过长而无法满足要求。

PCI-9820采用大容量板上采样内存(128MB / 512MB)存储采样数据，待采样结束后采用Bus Mastering DMA的方式将采样数据传到系统内存。整个过程时间很短。另外PCI-9820的驱动专为这种应用提供了“Re-Start”功能，即采样一旦结束后立即重新按预定好的采样频率、采样长度重新开始采样，而不必重新用软件命令启动采样，这样大大减少了系统死区，提高了采样效率。

4. 触发方式
示意图中，传感器与钢材是直接接触的。实际的应用中并非如此，传感器与钢材间有一层耦合剂，耦合剂的厚度随检测钢材的不同而变化。可以想见，在实际测量中，如果以超声发射使能信号(TXE)为触发信号的话，触发后有相当长的一段时间的信号是无用信号，如果把这些信号全部采集的话，会大大浪费资源(内存、传输时间等)。

PCI-9820提供灵活的触发方式，在这种应用中采用后触发(Post Trigger)，当触发事件(比如TXE的上升沿)来了以后，板卡延迟M个采样周期后开始采集，这样可以方便地把超声经过耦合剂的时间去掉，大大提高系统效率。

图四、PCI-9820的触发方式

■结论
目前该客户利用PCI-7300A研制的新一代全计算机B超设备已投入使用，用户普遍反应图像清晰、操作易用，性能达到国际先进水平。有多家B超设备厂商已在与该客户商洽OEM/ODM事宜。