【摘要】：相控陣超聲檢測技術是各通道高壓脈沖有一定延時的情況下,打擊相應的晶片,從而使聲波在期望點聚焦。為深入研究管道環(huán)焊縫缺陷特性,需要相控陣檢測系統(tǒng)提供完全控制激勵信號參數(shù)和獲得接收回波信號的特性,針對該問題設計了32個模擬通道,可接入128個晶片,模數(shù)轉換率達到125 MSPS的多FPGA的相控陣超聲檢測系統(tǒng)。本文重點研究了脈沖發(fā)射延時、回波數(shù)據采集、數(shù)字波束合成、缺陷定位等問題。概述了不同的無損檢測方法在不同深度的使用情況,詳細論述了相控陣超聲檢測技術的原理。基于探頭加楔塊的聚焦法則,推導了各脈沖的延時。明確了A掃信號用于判斷及定位缺陷的方法,得出對其定位的計算公式。設計了分離式的總體硬件方案,獲得了單板面積小、調試工作量小、便于擴展的效果,包括了功能板、主控板、背板。根據不同的功能,詳細介紹了高壓脈沖發(fā)射電路、高壓電源、選頻放大、通道選擇、可變增益放大、模數(shù)轉換器、系統(tǒng)核心FPGA、背板連接器等功能單元。通過高壓脈沖發(fā)射實驗,得知脈沖幅值出現(xiàn)飽和、不隨高壓電源變化的原因。在高壓脈沖產生模塊與低壓接收之間連接T/R開關,解決了幅值衰減的問題。使用功率較大的高壓電源并且在其可調節(jié)端添加運算模塊,實現(xiàn)系統(tǒng)多通道同時工作以及防止上電時損壞高壓脈沖發(fā)射模塊。脈沖產生的小數(shù)倍延時通過流水線的方式,使用了4個有相位差的時鐘,達到了2.5 ns的延時精度。調用FPGA中LVDS解串IP核,接收回波數(shù)據。對回波數(shù)據進行線性插值,同時根據脈沖的延時方案對各通道的插值數(shù)據進行存儲,實現(xiàn)數(shù)字波束合成。在DSP Builder中設計FIR濾波器,結果顯示合成波束的信噪比提高了9.4 dB。對標準試塊中熱焊區(qū)的缺陷進行定位實驗,得出了定位誤差及影響該誤差的因素。實驗表明系統(tǒng)具有缺陷檢測能力,在深度上缺陷定位的相對誤差為1.7%,能夠滿足工業(yè)無損檢測的要求。
【圖文】：

夠檢測出位于材料表面的缺陷，滲透檢測是根據毛細作用的原理，在滲透液、顯陷的位置及形態(tài)[5]。由于檢測過程中使用應用受到了限制[6]。測是既能檢測出被檢材料的表面的損傷，有渦流檢測[7]、紅外檢測等。渦流檢測是實現(xiàn)自動化、效率高、非接觸等優(yōu)點[9-12]。準確、操作安全等優(yōu)點，應用在電力設備是既能檢測出被檢材料表面的損傷，也能射、射線檢測。聲發(fā)射具有檢測效率高、，但是噪聲干擾較大、信號解釋困難[16-17]線檢測具有缺陷定性比較容易、檢測結果安全隱患、檢測成本高[18-19]。

超聲技術的研究現(xiàn)狀由于塑料、金屬等材料具有多樣性，陣系統(tǒng)主要在醫(yī)學方面應用。隨著相合成技術、換能器等，相控陣系統(tǒng)應相控陣超聲設備是在二十世紀八十年能力低下。相控陣超聲系統(tǒng)的研究開發(fā)、陣列信號處理和波束形成等[32國外一些公司自從 20 世紀 90 年代探傷儀，用于探測高速列車輪軸中的較具代表性的相控陣探傷設備，強大。如圖 1-2 所示的型號為 Omni孔徑數(shù)為 32，晶片數(shù)量 128 個，，脈沖 2.5 ns。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH878.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 蔡明飛;師芳芳;孔超;張碧星;;基于多FPGA的超聲相控陣數(shù)字波束形成器設計[J];機械工程學報;2016年02期

2 朱學耕;;超聲檢測在焊縫中的應用[J];科技視界;2015年35期

3 楊曉霞;薛彬;靳世久;賈樂成;張昊;;壓縮傳感在超聲相控陣檢測系統(tǒng)中的應用研究[J];電子測量與儀器學報;2015年09期

4 李健;郭薇;楊曉霞;黃玉秋;詹湘琳;靳世久;;超聲相控陣檢測CFRP缺陷識別方法[J];天津大學學報(自然科學與工程技術版);2015年08期

5 周德強;王俊;張秋菊;吳靜靜;張洪;;鐵磁性構件缺陷的脈沖渦流檢測傳感機理研究[J];儀器儀表學報;2015年05期

6 焦志海;陳曉冬;李瑩;張闖;汪毅;郁道銀;;高精度數(shù)字波束合成的內鏡超聲相控陣成像[J];光電工程;2015年03期

7 孫亞杰;高藝;薛瑤環(huán);蔡巖松;相高峰;;相控陣超聲監(jiān)測成像與直方圖匹配圖像增強實驗研究[J];傳感技術學報;2015年01期

8 盧超;勞巾潔;戴翔;;帶楔塊二維面陣列超聲相控陣聲場特性分析[J];聲學學報;2014年06期

9 孫亞杰;姜劍;張永宏;;基于模糊集的相控陣超聲監(jiān)測成像圖像增強研究[J];傳感技術學報;2014年11期

10 靳世久;楊曉霞;陳世利;黃玉秋;郭薇;;超聲相控陣檢測技術的發(fā)展及應用[J];電子測量與儀器學報;2014年09期

相關博士學位論文 前1條

1 孫芳;超聲相控陣技術若干關鍵問題的研究[D];天津大學;2012年

相關碩士學位論文 前2條

1 鄒毅;數(shù)字式超聲波探傷系統(tǒng)的研發(fā)[D];國防科學技術大學;2007年

2 李功燕;材料聲阻抗高精度重建關鍵技術的研究[D];浙江大學;2004年

本文編號：2678365