【摘要】：超聲相控陣技術(shù)是超聲檢測(cè)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(hào)處理難以滿足大量超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理需求。本文利用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法(CORDIC)在硬件層面上實(shí)現(xiàn)超越函數(shù)求解,對(duì)超聲相控陣儀器中關(guān)鍵函數(shù)計(jì)算或數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行優(yōu)化,以“基于CORDIC算法的超聲相控陣信號(hào)處理技術(shù)研究”為題,重點(diǎn)研究基于CORDIC算法的超聲回波正交解調(diào)技術(shù)、動(dòng)態(tài)FIR濾波技術(shù)、時(shí)間增益控制技術(shù),對(duì)降低超聲相控陣儀器系統(tǒng)硬件復(fù)雜度,促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展,具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。研究工作得到國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)(2013YQ230575)資助。論文研究基于CORDIC算法的超聲相控陣信號(hào)處理技術(shù),從CORDIC算法原理與評(píng)價(jià)指標(biāo)、CORDIC算法在超聲相控陣中應(yīng)用兩方面綜述國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展,確定研究?jī)?nèi)容。論文主要工作包括:(1)研究SF CORDIC改進(jìn)算法,并應(yīng)用于正交解調(diào)技術(shù)中本振信號(hào)產(chǎn)生器設(shè)計(jì),產(chǎn)生同頻正交正余弦本振信號(hào),并在FPGA上實(shí)現(xiàn)。仿真表明,改進(jìn)SF CORDIC算法減少29%全加器和61%寄存器資源消耗,基于改進(jìn)SF CORDIC算法的超聲相控陣正交解調(diào)模塊峰值相對(duì)誤差為0.37%。(2)提出基于基-4 CORDIC算法的濾波系數(shù)動(dòng)態(tài)計(jì)算,研究其FPGA實(shí)現(xiàn)架構(gòu),并進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明,基于CORDIC算法濾波系數(shù)輸出絕對(duì)誤差不超過(guò)-2.94×10~(-3);基于分割表的分布式算法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波模塊,阻帶衰減可達(dá)-50d B。(3)提出采用指數(shù)CORDIC算法將超聲d B增益曲線轉(zhuǎn)換為實(shí)際放大倍數(shù),設(shè)計(jì)基于CORDIC算法的d B-放大倍數(shù)求解器,研究CORDIC算法時(shí)間增益控制模塊FPGA實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明指數(shù)CORDIC算法在FPGA上輸出平均相對(duì)誤差小于0.1%,計(jì)算超聲回波實(shí)際增益最高相對(duì)誤差不超過(guò)0.014%。(4)搭建基于FPGA的超聲相控陣儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)基于CORDIC算法的超聲相控陣信號(hào)正交解調(diào)、動(dòng)態(tài)濾波、時(shí)間增益控制FPGA模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證,設(shè)計(jì)基于CORDIC算法的超聲信號(hào)處理模塊綜合應(yīng)用試驗(yàn),對(duì)氣化爐管等徑T型焊縫管進(jìn)行S掃檢測(cè),驗(yàn)證本文所研究的基于CORDIC算法的超聲信號(hào)處理技術(shù)在相控陣儀器上應(yīng)用的有效性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

第一章 緒論激勵(lì)、接收超聲波，調(diào)整每個(gè)陣元收、發(fā)時(shí)間延遲，實(shí)現(xiàn)相位控制目的，可產(chǎn)生聲波在聲場(chǎng)內(nèi)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(shí)參數(shù))，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)相位的低壓脈沖，，驅(qū)動(dòng)外圍高壓電路，進(jìn)行幅值放大，再激勵(lì)探頭，發(fā)出超聲波，進(jìn)入被測(cè)工件內(nèi)部，遇到內(nèi)部缺陷則產(chǎn)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(jìn)行聲 電轉(zhuǎn)換，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路(高壓鉗位、信號(hào)濾波放大、時(shí)間增益 控制(Time Gain Control,TGC))，最后通過(guò) ADC 數(shù)字化進(jìn)入 FPGA 進(jìn)行處理。

波據(jù)器需實(shí)時(shí)變換，通過(guò) CORDIC 算法實(shí)時(shí)數(shù)存儲(chǔ)單元，提高濾波器系數(shù)實(shí)時(shí)求解性度時(shí)，其超聲回波幅值不同，為使反射增加不同增益使得相應(yīng)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(yùn)算(乘以原始放大倍數(shù))實(shí)現(xiàn)，即有轉(zhuǎn)超越函數(shù)，可通過(guò) CORDIC 算法求解，坐標(biāo)或笛卡爾坐標(biāo)兩種形式存儲(chǔ)。如超圖 1-5 超聲回波圖
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB553

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2654315