数字超声探伤仪的故障现象和维修技巧

方俊钗别仿玲

摘要：本文从数字化超声探伤仪的基本原理出发，介绍了数字超声探伤仪的维修思路以及其在使用过程中常见的故障现象和维修方法。

关键词：超声波探伤仪；数字化；故障现象；维修方法引言数字化超声探伤仪以其智能化、自动化、图像化、小巧轻便等优点将逐渐替代传统的模拟超声探伤仪广阔的应用于无损检测行业中，本文从CTS-9002型数字超声探伤仪的设计原理出发，详细的描述了数字超声探伤仪普遍存在的故障现象和维修方法和技巧。

1数字化超声探伤仪的基本原理数字化超声探伤仪的电路基本构成如图1所示：超声波的发射和接收主要由超声波换能器、尖脉冲产生电路及阻尼电路、前置模拟信号处理电路（检波、滤波及放大电路等）、增益控制电路、A/D转换电路、数字信号处理器（DSP）、数据存储电路、液晶显示器及其接口电路、报警及其接口电路、通讯和打印等组成。

图1数字化超声探伤仪的电路基本构成前置放大器接收到发射电路产生的尖脉冲信号后经过前置滤波降噪、放大以及检波等处理后馈送到A/D转换电路上。

增益控制电路是超声波探伤仪的关键单元，包括放大器与衰减器两大部分，CTS-9002型采用了一种低噪声、高精度、低失真、宽带宽、双通道、线性dB可变增益放大器AD604，该器件具有增益的分贝数和增益控制电压成正比的特性，特别适合于超声仪器中的时间增益补偿电路的应用。

A/D转换电路由AD9012及其外围电路组成，该电路将放大器输出的模拟信号经过采样转换为8位数字信号并行输出到CPU中，CPU采用了DSP芯片TMS320C25，FPGA采用了XC2S50对采样后的数据进行处理后送至随机存储器中进行缓存。

显示器及其控制电路采用了高亮度的EL场致发光显示器及SED1335。

2数字超声探伤仪的维修思路2.1先软后硬数字超声探伤仪的的大多数功能是通过界面操作来完成的，所以仪器的正常使用与否与操作者对系统参数的正确设置有很大的关系，在实际的维修过程中，发现部分的送修原因主要是使用者对仪器使用熟悉程度不高，无法选择恰当的参数设置，或者没有正确操作造成，这种情况就是通常所说的软故障，这种情况只要与使用者做好沟通，协助其选准合适的的参数和正确的操作方法就能解决好仪器的故障。

2.2先初步判断后维修当仪器送修时，先了解仪器的故障现象，初步判断产生这种故障的主要原因，最好在不打开仪器的情况下用有电流显示的直流稳压电源检查仪器的开机电流是否超出规定的指标范围，因为在大电流的情况下对仪器通电会对仪器造成二次故障并因此烧坏其它的器件，当确定了故障可能发生的范围和部位再进行维修，目前的大多数数字超声探伤仪已经采用了表面贴焊的形式，因此在维修的过程中，尽量准确的判断故障部位，力求做到无故障的部件不拆卸或少拆卸，避免故障扩大和二次故障的制造。

2.3先电源后负载电源是仪器工作的动力系统，其输出的正常和稳定关系到仪器的工作状况，许多的故障往往就是由电源引起的，因此，在检寻故障时，应先检查电源电路，确认供电无异常后，再进行各功能电路的检查，根据几年来的维修统计，约60％仪器故障是由电源电路的故障引起。

2.4先主后次随着仪器的小型化和功能的不断增强，以及多通道设备的产生，仪器在设计上更加紧凑、结构更加复杂，出现复杂故障的几率也会增加，有时仪器可能会不止一个故障现象，当出现两个或两个以上的故障现象时应该分清主要和次要的故障。

3CTS-9002型数字探伤仪电路组成和工作原理3.1电路组成9002电路原理框图如图2，仪器主要由CPU板、T/R板、键盘、显示器、电池等构成。

图2CTS-9002硬件电路原理框图3.2电源电路K101：电池供电和稳压电源供电的切换；N101，K102，V103：高压自动断电保护电路；K103，V104，V106，D101，D102：电源开机电路和低压自动关机电路；N102，T101：电压变换电路；D104，T102，V109，V110：产生+600V高压。

3.3工作原理CPU板通过对键盘和万能旋钮进行扫描，接受操作者的命令，执行监控程序控制各部分工作。发射电路在CPU控制触发下形成高压脉冲，激发换能器振动形成超声波，并在工件中传播，当声波传播至声阻抗变化界面时，将产生反射，反射波重被换能器接收，转换为电信号送至放大器输入端，放大后的信号经A/D转换并由CPU处理后送显示器显示。

4CTS-9002型数字超声探伤仪的主要故障现象和维修方法4.1无法开机①12V供电电池电压低于10.5V，电池充电即可；②大部分的无法开机主要是薄膜面板的电源开关键失去作用引起的，只要更换薄膜面板故障就可以消除；③电流大造成，这主要是电源电路中的高压电容C25、C29、C30击穿，或者V109、V110振荡管损坏短路引起；④开机电路中的继电器无法吸合；⑤电解电容C132漏电，造成开机继电器无法吸合；⑥硬关机电路中的HC123集成坏造成P.OFF始终处于低电平，仪器始终处于硬关机状态；⑦4NIC-DC10模块没有没有输出；⑧集成CD4011或者开关三极管3904坏造成开机继电器无法动作。

4.2花屏/显示乱码①数据的器件UPD431000虚焊或者坏引起；②CPU（TMS320C25）和EPROM（27C202）插座和集成块接触不良引起；4.3开机无显示①FPGA（XCS50）虚焊或者坏；②液晶显示屏坏造成；③电源模块4N1C-DC10无输出；④40MHz晶振不起振；⑤AC32虚焊；⑥显示屏数据线接触不良；⑦器件UPD431000或者27C202坏。

4.4数据无法存储或者数据丢失①3V后备电池电压低；②后备电池与电池座接触不良；③MAX807集成坏；④集成DS1302或者晶振32.768KHz坏致后备电池无电，更换集成或者晶振和后备电池；⑤集成27C202与插座接触不良。

4.5实时钟无法调或者停止：主要是集成DS1302或者晶振32.768KHz坏。

4.6无反射回波/无始波①探头插线孔内部接线断；②电源高压电容0.1u/1000v击穿，造成电流大；③电源变压器T102无输出；④电源模块MAX1658坏；⑤FPGA（XCS50）虚焊，补焊。⑥发射管MPT4N85虚焊或者坏；⑦L105（1mH）断，造成高压电路无输出600V；⑧震荡管IRFL014坏。

4.7始波异常：主要是发射电路的阻抗匹配二极管1N4148击穿。

4.8灵敏度低①发射电路高压电容1500P/1500V漏电。造成发射电压不足600V；②发射管MTP4N85漏电，造成发射电压不足600V；③接收电路限流电阻R11（909Ω）烧断。

4.9有时死机①40MHz晶振不起振；②EPROM（27C202）接触不良；③FPGA虚焊或者坏。

4.10增益不可调①编码器内部线断或者编码器坏；②单稳态触发器74HC123坏。

4.11自动开机：主要是电源开机电路中的开关三极管3904坏没有导通。

4.12检波异常①2路四选一模拟开关74HC4052坏；②T1变换器输出不正常；③检波三极管3904或3906其中的某个没有导通。

4.13万能旋钮失灵①预置同步四位二进制向上/向下计数器AC191坏；②编码器坏；③编码器与CPU板连接线接触不良；④D触发器AC74输出不正常。

4.14负载能力低：主要是电源模块4N1C-DC10性能差造成。

5数字超声探伤仪维修后的校准仪器修理完毕，需对仪器的探伤灵敏度余量、水平线性误差、垂直线性误差、动态范围等几个主要性能指标进行检查和校准，以确保仪器正常工作和检测结果的准确性。

总结我国数字化超声波探伤仪的研制随大规模集成电路的发展已形成规模生产，并得到推广使用。其技术水平已趋于成熟和完善，大部分的线路、元器件和功能设计合理，因此设计完善合理的仪器故障率是比较低的。仪器维修工作只要结合电路基础知识和实践经验，依照一定的维修思路，再灵活的运用各种方法、技巧，一般的仪器故障都会迎刃而解。

参考文献：[1]《CTS-9002型超声探伤仪技术说明书》，作者：刘悟日；卢可金。

[2]AD603.datasheet.ANALOGDEVICES。

[3]《SED13355控制器图形液晶显示模块使用手册》，北京精电蓬远显示技术有限公司。