徐超，李慧，徐健，李波文

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江，332007）

0 引言

傳統(tǒng)的剝離觀察法對被檢測元器件的破壞很大，且不夠直觀。工頻模式設(shè)計(jì)的集成電子元器件無損檢測設(shè)備雖然一定程度解決上述不足，但是其存在“大、笨、重”的缺點(diǎn)，且輻射量大，使用成本高，往往高到幾萬至十幾萬不等，一般中小型電子企業(yè)難以配備[1]。與之相比，采用高頻數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)的X 光集成電子元件無損檢測儀，解決了傳統(tǒng)高壓發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足以及傳統(tǒng)高壓發(fā)生器輸出易受電網(wǎng)波動干擾的問題，工作效率高、輻射量小，且在大幅度減小體積、重量的基礎(chǔ)上，使得拍攝更加清晰[2]。隨著新型電子器件、電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，研制高性能的高頻化、高效率、小型化、輕型化和模塊化的無損檢測儀電路將是未來發(fā)展趨勢[3-4]。

1 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀采取符合人性化操作的模仿槍式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括限束器卡扣圈、限束器、機(jī)座、充電插口、X 射線發(fā)射按鈕、支架接口、轉(zhuǎn)輪、控制面板等部分組成。其中x 射線發(fā)射按鈕用于控制x射線的發(fā)射達(dá)到拍攝檢測的目的；控制面板主要實(shí)現(xiàn)電量顯示、曝光顯示以及參數(shù)設(shè)置等。

圖1 為高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀的示意圖，其中圖1(a)為結(jié)構(gòu)正視示意圖，圖1(b)為內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(c)為激光定位燈的布置結(jié)構(gòu)示意圖。示意圖中標(biāo)號1 為槍式殼體，標(biāo)號2為定位開關(guān)轉(zhuǎn)輪，標(biāo)號3 為安裝在殼體上的X 射線發(fā)射按鈕，標(biāo)號4 為LED 顯示屏，標(biāo)號5 為槍式殼體一端連接的限束器，標(biāo)號6 為限束器卡扣圈，標(biāo)號7 為定位支架上安裝的激光定位燈。標(biāo)號9 為槍式殼體內(nèi)部安裝的控制電路板，標(biāo)號8為高壓球頭，標(biāo)號10 為供電鋰電池。

圖1 高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀的示意圖

2 整機(jī)電路設(shè)計(jì)

圖2 為高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀總體電路原理框圖，主要由高壓球頭模塊、控制驅(qū)動電路模塊、顯示屏及開機(jī)鍵、曝光鍵和外接電池、充電器等組成。原理框圖上半部分為高壓球頭模塊內(nèi)部功能原理圖，下半部分為控制驅(qū)動電路模塊原理框圖。控制驅(qū)動電路模塊中的驅(qū)動電路輸出60kHz 高頻電壓至高壓球頭模塊中的高壓變壓器初級線圈，60kHz 高頻電壓經(jīng)變壓器升壓至5KV 后，再經(jīng)12倍壓整流電路變換成60KV 的直流高壓，為X 射線管提供陽極高壓?？刂齐娐纺K中的燈絲電流控制器輸出的燈絲電源直接給X射線管燈絲供電。X 射線管在陽極高壓及燈絲電流的共同作用下，生產(chǎn)劑量穩(wěn)定的X 射線，實(shí)現(xiàn)透視無損檢測儀功能。

圖2 高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀總體電路原理框圖

3 模塊電路設(shè)計(jì)

■3.1 高壓球頭電路模塊

高壓球頭電路模塊如圖3 所示。主要由高壓升壓變壓器、倍壓整流電路、電流采樣電路、電壓采樣電路及射線管組成。升壓變壓器將驅(qū)動電路輸出的高頻交流電升壓至5KV，再經(jīng)12 倍壓整流電路變換成60KV 高壓直流電源為X射線管電場極板供電。燈絲電源控制器輸出2.5V 左右的燈絲電壓直接給X 射線管燈絲供電。電壓采樣電路提供60KV 高壓直流電壓采樣，采樣電壓比率約16KV/V，電壓采樣電壓為正電壓。電流采樣電路提供射線管電流采樣，采樣電流比率約1mA/V，電流采樣電壓為負(fù)電壓。射線管在滿足要求的陽極高壓及燈絲電壓激發(fā)下，生產(chǎn)劑量穩(wěn)定的X 射線。

圖3 高壓球頭電路框圖

■3.2 控制驅(qū)動電路模塊

控制驅(qū)動電路模塊如圖4 所示。主要由PWM 控制電路、電壓反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路、電流反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路、燈絲電源控制器電路、微處理器控制電路及輔助電源等組成。

圖4 控制驅(qū)動電路模塊

PWM 控制電路采用UC28025DW 為主控芯片，產(chǎn)生PWM 信號控制功率MOS 管Q6、Q7 驅(qū)動球頭內(nèi)的升壓變壓器產(chǎn)生高壓。UC28025DW 受微處理器輸出的控制信號控制，保證高壓產(chǎn)生的時間。球頭反饋的高壓反饋電壓經(jīng)運(yùn)放電路調(diào)理后經(jīng)R55 電阻送入U(xiǎn)C28025DW 用于穩(wěn)定高壓輸出。UC28025DW 的16 腳輸出一個5V 參考電壓，該電壓被用作高壓穩(wěn)壓和管電流穩(wěn)流的參考電壓源。C25 和R38是構(gòu)成UC28028DW 振蕩器的主要外圍元件，它們決定了PWM 控制電路的工作頻率，PWM 控制電路設(shè)計(jì)的工作頻率為60kHz。PWM 控制電路原理圖如圖5 所示。

圖5 PWM 控制電路原理圖

電壓反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路由C8、C13、R19、C17 構(gòu)成的阻容濾波網(wǎng)絡(luò)和K5A 構(gòu)成的電壓跟隨器組成，調(diào)理后的電壓經(jīng)R55 送入U(xiǎn)C28025DW 的1 腳，同時電位器R31和K5B 構(gòu)成的電壓跟隨器組成高壓反饋的參考電壓調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)后的參考電壓經(jīng)Q4、R32、R16、C44 組成的控制電路，再送入圖5 所示PWM 控制電路中UC28025DW 的2腳。這兩路信號是高壓生成的關(guān)鍵信號，直接決定高壓的穩(wěn)定性。電壓反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路原理圖如圖6 所示。

圖6 電壓反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路圖

電流反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路由K1 的四個運(yùn)放組成，由于管電流的反饋電壓是負(fù)值，所以管電流反饋信號IP-FB 與控制參考電壓IPREF 做加法運(yùn)算后經(jīng)半波整流電路變換為正電壓（以K1A 運(yùn)放構(gòu)成的電路），經(jīng)K1D 構(gòu)成的電壓跟隨器后，再與燈絲電壓做加法后輸出IP-CTRL 信號，控制燈絲電壓控制電路，最終達(dá)到控制管電流的目的。電流反饋信號調(diào)理運(yùn)算電路原理圖如圖7 所示。

圖7 電流反饋信號調(diào)理原理圖

高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀的微處理器控制電路采用PIC16F1937 集成芯片設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)整個電路的操控和顯示，控制著放電時間、放電時間設(shè)置、檢測電池電壓、檢測燈絲電壓、顯示放電時間、驅(qū)動蜂鳴器等各項(xiàng)功能。

高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀的+5V 電源是以DC-DC 轉(zhuǎn)換芯片EUP3458VIR1 為主控芯片，將24V 電源輸入電壓轉(zhuǎn)換為+5V 電源，供微處理器使用。+12V 電源是采用78L12G-AB3-R 線性穩(wěn)壓芯片，將24V 電源輸入電壓轉(zhuǎn)換為+12V 電源，供PWM 控制器UC280251(K2)和運(yùn)放LM324(K1)、LM2904(K5)使用。

高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀采用高頻數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)工頻集成電子元件無損檢測設(shè)備體積大、質(zhì)量重、效率低、清晰度不夠等缺陷，具有使用輕便、圖像清晰的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)檢測效果圖如圖8 所示。

圖8 高頻數(shù)字集成電子元件無損檢測儀實(shí)驗(yàn)檢測效果圖

4 結(jié)束語

隨著集成電子元器件產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，集成電子元件的無損檢測設(shè)備市場規(guī)模將呈現(xiàn)增長趨勢[5]。通過詳細(xì)介紹整體方案和系統(tǒng)硬件模塊的設(shè)計(jì)，成功研制出具有先進(jìn)、實(shí)用、分辨率高、透視清晰、操作靈活、定位準(zhǔn)確、性價(jià)比高的高清集成電子元件無損檢測儀，填補(bǔ)國內(nèi)市場的空白，也打破國外產(chǎn)品的長期壟斷，滿足廣大的中小型電子器件生產(chǎn)廠家、電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的使用需求，將具有良好的應(yīng)用價(jià)值和市場潛力。