【摘要】：超聲相控陣技術是超聲檢測中的重要手段,目前基于串行處理的中央處理器或傳統(tǒng)數(shù)字信號處理難以滿足大量超聲檢測數(shù)據(jù)實時處理需求。本文利用坐標旋轉數(shù)字計算方法(CORDIC)在硬件層面上實現(xiàn)超越函數(shù)求解,對超聲相控陣儀器中關鍵函數(shù)計算或數(shù)據(jù)處理算法進行優(yōu)化,以“基于CORDIC算法的超聲相控陣信號處理技術研究”為題,重點研究基于CORDIC算法的超聲回波正交解調技術、動態(tài)FIR濾波技術、時間增益控制技術,對降低超聲相控陣儀器系統(tǒng)硬件復雜度,促進無損檢測技術發(fā)展,具有重要學術價值和實際意義。研究工作得到國家重大科學儀器設備開發(fā)專項(2013YQ230575)資助。論文研究基于CORDIC算法的超聲相控陣信號處理技術,從CORDIC算法原理與評價指標、CORDIC算法在超聲相控陣中應用兩方面綜述國內外研究進展,確定研究內容。論文主要工作包括:(1)研究SF CORDIC改進算法,并應用于正交解調技術中本振信號產生器設計,產生同頻正交正余弦本振信號,并在FPGA上實現(xiàn)。仿真表明,改進SF CORDIC算法減少29%全加器和61%寄存器資源消耗,基于改進SF CORDIC算法的超聲相控陣正交解調模塊峰值相對誤差為0.37%。(2)提出基于基-4 CORDIC算法的濾波系數(shù)動態(tài)計算,研究其FPGA實現(xiàn)架構,并進行仿真分析。結果表明,基于CORDIC算法濾波系數(shù)輸出絕對誤差不超過-2.94×10~(-3);基于分割表的分布式算法設計數(shù)字濾波模塊,阻帶衰減可達-50d B。(3)提出采用指數(shù)CORDIC算法將超聲d B增益曲線轉換為實際放大倍數(shù),設計基于CORDIC算法的d B-放大倍數(shù)求解器,研究CORDIC算法時間增益控制模塊FPGA實現(xiàn)。仿真結果表明指數(shù)CORDIC算法在FPGA上輸出平均相對誤差小于0.1%,計算超聲回波實際增益最高相對誤差不超過0.014%。(4)搭建基于FPGA的超聲相控陣儀器實驗平臺,對基于CORDIC算法的超聲相控陣信號正交解調、動態(tài)濾波、時間增益控制FPGA模塊進行功能驗證,設計基于CORDIC算法的超聲信號處理模塊綜合應用試驗,對氣化爐管等徑T型焊縫管進行S掃檢測,驗證本文所研究的基于CORDIC算法的超聲信號處理技術在相控陣儀器上應用的有效性和實際應用價值。
【圖文】：

第一章 緒論激勵、接收超聲波，調整每個陣元收、發(fā)時間延遲，實現(xiàn)相位控制目的，可產生聲波在聲場內發(fā)射聚焦與接收聚焦效果。①發(fā)射階段：FPGA 從 SDRAM 讀取聚焦法則(延時參數(shù))，產生對應相位的低壓脈沖，，驅動外圍高壓電路，進行幅值放大，再激勵探頭，發(fā)出超聲波，進入被測工件內部，遇到內部缺陷則產生聲波反射；②接收階段：反射超聲回波經(jīng)相同或不同的超聲探頭進行聲 電轉換，再經(jīng)信號調理電路(高壓鉗位、信號濾波放大、時間增益 控制(Time Gain Control,TGC))，最后通過 ADC 數(shù)字化進入 FPGA 進行處理。

波據(jù)器需實時變換，通過 CORDIC 算法實時數(shù)存儲單元，提高濾波器系數(shù)實時求解性度時，其超聲回波幅值不同，為使反射增加不同增益使得相應回波都處于相同幅參數(shù)生成一條分貝數(shù)(dB)表示的增益曲線法運算(乘以原始放大倍數(shù))實現(xiàn)，即有轉超越函數(shù)，可通過 CORDIC 算法求解，坐標或笛卡爾坐標兩種形式存儲。如超圖 1-5 超聲回波圖
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB553

【參考文獻】

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本文編號：2654315