深度增益补偿在超声波探伤仪中的应用

摘 要：材料对超声波的衰减是影响超声波探伤仪检测能力的主要因素之一。它不但会使有用的反射波信号淹没在噪声中，造成信号检出困难，还会使处于不同深度的缺陷所产生的反射波不具有一致性，导致对缺陷的错误判断。本文采用深度增益补偿（DGC）电压解决这个问题。将预先设计好的DGC电压曲线存储在存储器中，在探伤仪接收反射超声波时，通过对存储器的寻址操作读取DGC电压，经过D/A转换后对放大器的增益进行控制，从而实现对反射波的补偿，较好的解决了反射波的一致性问题。

关键词：深度增益补偿；探伤仪；存储器

1 引言

探伤仪发射的超声能量在材料中传播时，由于材料对超声波的散射与吸收，将造成损耗，使超声波能量随探测深度的增加而逐渐减弱。因此对于不同深度的相同声阻抗差界面，反射回波的幅度将不同，如果不对远距离的回波给予一定的补偿，不同深度的相同声阻抗差界面在显示器上将有不同的图像显示，因而可能造成对缺陷的错误认识。

深度增益补偿（DGC：Depth Gain Compensation）就是通过某种方式，控制探伤仪接收信号的增益，使其随探测距离的增大而增大，结果使材料中不同深度的相同声阻抗差界面回波在显示器上有相同图像显示。

2 深度增益补偿的实现

要实现探伤仪对不同深度的回声信号有与之相适应的接收增益，需要产生一个DGC电压，然后用其控制接收电路的增益发生变化。由于材料对超声波的衰减系数不是常数，它随超声波的频率不同而不同，因而如果用普通的函数发生器来产生DGC电压，实现起来难度较大，我们采用EPROM来产生DGC电压。

2.1 DGC电压的产生

DGC电压产生电路原理如下图所示：

图一：DGC电压产生电路

图中EPROM选用2764，容量为4K×8，地址有12位。该电路采用数据列表与D/A变换方式产生DGC电压。根据16种不同频率下超声波在材料中的衰减规律，设计与之相对应的16条DGC电压随时间变化的曲线，分别以数据的形式写入EPROM中。EPROM的高4位地址线A₉~A₁₂作为8页的页面控制线，每一页存储一种频率的DGC曲线。 A₁~A₈与计数器相连，为了保证DGC电压与探头接收反射超声波同步，计数值应与反射超声波的传播时间相对应，如下图所示。

图二：DGC电压与反射波同步

这样通过控制EPROM地址的输入，便可以单独读出某一页中的数据，经过D/A转换后，形成与某一种频率相对应的DGC电压。

2.2增益控制电路

增益控制电路DGC电压的控制下实现深度的增益补偿。我们用双栅极场效应管设计了一个增益控制电路。

图三：增益控制电路

该电路由四级放大器组成，与普通的场效应管放大器不同的是，该电路设计了两级具有正向增益特性的双栅极场效应管放大电路（TR₁和TR₂）。由于双栅极场效应管的两个栅极对漏极有相同的控制特性，因而DGC电压与来自反射波接收电路的信号电压可分别加于不同的栅极上。由图三所示，来自反射波接收电路的信号电压首先经场效应管TR₀放大后加到TR₁的G₂端，经TR₁放大后由其漏极输出加到TR₂的G₂端。TR₁和TR₂两级放大器的增益同时受电位器R与加于栅级G₁的DGC电压的控制。因此当电位器R调定以后，电路的增益就仅受DGC电压的控制了，从而实现对回波信号的深度补偿。

3 结束语

由本电路产生的DGC控制信号稳定可靠，能较准确的补偿超声波在材料中的衰减。经补偿后的缺陷反射信号强度基本上与缺陷所在的深度无关，从而使反射信号可以准确地再现缺陷的大小与特征。EPROM中存储有16种的DGC曲线，可以适应不同频率的超声波。下一步我们主要考虑如何进一步提高DGC电压的精度，以提高深度增益补偿的精度。