本文關(guān)鍵詞：基于FPGA超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備的研究

  更多相關(guān)文章： FPGA 超聲相控陣 SPI控制

【摘要】：超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)(UPA)是一種先進(jìn)的超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù),通過對(duì)陣列換能器中各陣元進(jìn)行相位控制,獲得靈活可控的合成波束,并可動(dòng)態(tài)控制聚焦點(diǎn)的位置,具有動(dòng)態(tài)聚焦、電子掃查等特性,可提高檢測(cè)靈敏度、分辨力和信噪比等。相控陣檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),全數(shù)字相控陣系統(tǒng)更是未來的方向。由于FPGA的高集成度和強(qiáng)大的可編程邏輯功能,逐漸成為數(shù)字式相控陣系統(tǒng)搭建的主流方向。本研究基于FPGA對(duì)超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容是相控高精度發(fā)射問題,數(shù)字信號(hào)接收問題和數(shù)字信號(hào)傳輸高速化問題。首先,對(duì)發(fā)射精度進(jìn)行了理論分析,要使系統(tǒng)分辨率提高,延時(shí)控制的精度就必須要增加,選擇了CPLD和高壓數(shù)字脈沖發(fā)生器MAX4940來提高延時(shí)精度。對(duì)動(dòng)態(tài)聚焦、動(dòng)態(tài)可變孔徑、動(dòng)態(tài)變跡和數(shù)字聲束形成等多種相控接收技術(shù)進(jìn)行了理論分析,因?yàn)閿?shù)字聲束合成的穩(wěn)定性較好,精度較高,可以提高合成質(zhì)量,選擇了數(shù)字聲束形成技術(shù)構(gòu)成接收系統(tǒng),又因FPGA內(nèi)部利用并行處理技術(shù)與流水線技術(shù)可以比較容易地實(shí)現(xiàn)多聲束合成,選擇FPGA作為相控接收的主控制器并使用PCIE接口提高數(shù)據(jù)吞吐率。接著,對(duì)超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)的組成及關(guān)鍵模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),發(fā)射單元采用多個(gè)獨(dú)立的壓電晶片組成陣列,由上位機(jī)軟件設(shè)置的時(shí)序經(jīng)由CPLD控制激發(fā)各個(gè)晶片,控制發(fā)射聲束的焦點(diǎn)位置和掃查方向;接收模塊由SPI接口控制各個(gè)芯片功能,信號(hào)經(jīng)電壓隔離,放大,濾波處理并轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)VDS信號(hào)進(jìn)入FPGA。通過FPGA控制數(shù)據(jù)經(jīng)PCIE接口流入上位機(jī),上位機(jī)對(duì)最后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。然后,對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行了仿真和實(shí)測(cè):實(shí)測(cè)了電源的實(shí)際電壓,驗(yàn)證了發(fā)射時(shí)序的仿真,實(shí)測(cè)了發(fā)射部分的脈沖發(fā)射,驗(yàn)證了基于FPGA接收部分SPI接口的仿真,實(shí)測(cè)了接收部分放大、濾波等功能,實(shí)測(cè)了PCIE接口的高速傳輸。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:發(fā)射部分最窄的脈寬可達(dá)到25ns,延時(shí)精度達(dá)130ns,最高可以支持主頻為20MHz的換能器,發(fā)射電壓可達(dá)300V。接收處理部分,以80MSPS采集的10MHz正弦波進(jìn)行測(cè)試,可輸出較好的波形。PCIE傳輸部分,單TLP下不同Payload的讀傳輸速率在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)可達(dá)到12Gbps。所得結(jié)果滿足系統(tǒng)需要,為超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備的小型化,數(shù)字化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩峁┝藚⒖?對(duì)超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備的優(yōu)化具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG115.285;TN791

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王海濤;史振;程繼隆;蔣俊;梁斌;;超聲相控陣技術(shù)的仿真試驗(yàn)[J];無(wú)損檢測(cè);2011年02期

2 劉曉睿;強(qiáng)天鵬;鄔冠華;孫忠波;肖雄;鄭凱;;無(wú)楔塊條件下超聲相控陣的聚焦特性測(cè)試[J];無(wú)損檢測(cè);2012年03期

3 劉冬冬;師芳芳;張碧星;;超聲相控陣技術(shù)在管材檢測(cè)中的應(yīng)用[J];無(wú)損檢測(cè);2013年05期

4 樸啟霞;栗雪;;超聲相控陣在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J];黑龍江冶金;2013年03期

5 蒲波;杜堅(jiān);陳學(xué)鋒;劉瀚檐;;基于超聲相控陣技術(shù)的粘接性能檢測(cè)研究[J];儀表技術(shù);2011年06期

6 李衍;;便攜式超聲相控陣的應(yīng)用[J];中國(guó)特種設(shè)備安全;2006年05期

7 劉麗川;劉正凡;舒丹;常向東;;油罐焊縫缺陷的超聲相控陣檢測(cè)[J];無(wú)損檢測(cè);2009年06期

8 李懷富;李業(yè)書;呂貴平;田卡嘉;;超聲相控陣技術(shù)在復(fù)合材料檢測(cè)上的應(yīng)用[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2010年02期

9 牛衛(wèi)飛;姜斌;韋晨;;超聲相控陣在游樂設(shè)施軸類檢測(cè)中的應(yīng)用[J];無(wú)損檢測(cè);2013年06期

10 陳世利;常文爽;靳世久;;汽輪機(jī)輪緣超聲相控陣檢測(cè)中缺陷方向識(shí)別[J];納米技術(shù)與精密工程;2013年04期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姜衛(wèi)東;;超聲相控陣——超聲檢測(cè)技術(shù)的一場(chǎng)革命[A];晉冀魯豫鄂蒙云貴川滬甘湘渝十三�。ㄊ袇^(qū)）機(jī)械工程學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)——機(jī)電工程類技術(shù)應(yīng)用論文集[C];2008年

2 李亞奇;汪承灝;宮俊杰;;超聲相控陣電子系統(tǒng)研制[A];2007’促進(jìn)西部發(fā)展聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

3 張碧星;;超聲相控陣聚焦與掃描方法研究[A];泛在信息社會(huì)中的聲學(xué)——中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)2010年全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

4 譚宜濤;蔡明飛;施成龍;張碧星;;一種超聲相控陣系統(tǒng)的故障在線檢測(cè)方法[A];2013中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下）[C];2013年

5 郭濤;曾益;張建秋;;超聲相控陣的數(shù)字相位控制系統(tǒng)[A];2009全國(guó)虛擬儀器大會(huì)論文集（二）[C];2009年

6 李亞奇;張迪;;基于USB接口的超聲相控陣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A];2006’和諧開發(fā)中國(guó)西部聲學(xué)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2006年

7 師芳芳;鄧方青;吳先梅;張碧星;柯宜京;宮俊杰;;超聲相控陣井壁成像研究[A];2008年全國(guó)聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

8 張蕾;;超聲相控陣檢查A320系列飛機(jī)大翼頂部后緣蒙皮下表面腐蝕[A];2012陜西省第十三屆無(wú)損檢測(cè)年會(huì)論文集[C];2012年

9 程繼隆;王海濤;田貴云;蔡佳慧;朱永凱;;基于FPGA的超聲相控陣發(fā)射與接收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[A];第七屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

10 柯宜京;宮俊杰;李亞奇;吳先梅;;超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)研制[A];2008年全國(guó)聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 吳先梅　張碧星;國(guó)內(nèi)首臺(tái)超聲相控陣管材無(wú)損檢測(cè)設(shè)備研制成功[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 孫亞杰;基于超聲相控陣原理的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

2 楊曉霞;超聲相控陣汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)腔腐蝕檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

3 孫芳;超聲相控陣技術(shù)若干關(guān)鍵問題的研究[D];天津大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 胡夢(mèng)雪;基于FPGA超聲相控陣檢測(cè)設(shè)備的研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

2 王偉;超聲相控陣可控強(qiáng)度發(fā)射系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究[D];江蘇大學(xué);2010年

3 談洋;超聲相控陣裂紋定量檢測(cè)有限差分法數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2013年

4 程繼隆;超聲相控陣檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

5 江帆;超聲相控陣探傷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2005年

6 張聰穎;超聲相控陣檢測(cè)系統(tǒng)圖像處理和成像技術(shù)的研究[D];天津大學(xué);2010年

7 胡適;基于超聲相控陣接收的設(shè)計(jì)[D];山東師范大學(xué);2015年

8 鞠洪濤;手動(dòng)超聲相控陣檢測(cè)成像算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

9 劉書宏;超聲相控陣測(cè)量裂紋高度與缺陷定性研究[D];南昌航空大學(xué);2013年

10 董培強(qiáng);高精度超聲相控陣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1223088