發(fā)布時(shí)間：2021-10-13 08:13

　　超聲相控陣技術(shù)是結(jié)構(gòu)損傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要組成部分。其基本原理是利用多陣元組成的陣列發(fā)射、接收超聲波從而對(duì)被檢測(cè)對(duì)象缺陷進(jìn)行成像。相控陣發(fā)射端,嚴(yán)格控制每個(gè)陣元激勵(lì)信號(hào)的幅度和激發(fā)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)超聲波聲束的聚焦和偏轉(zhuǎn),以改變合成波束的偏轉(zhuǎn)角度與聚焦的焦點(diǎn)位置等,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體整體結(jié)構(gòu)與局部結(jié)構(gòu)的全面和多角度的掃查;相控陣接收端,通過(guò)調(diào)整接收信號(hào)的時(shí)間延遲并疊加使缺陷位置回波信號(hào)合成的幅度最大,并抑制其他位置的能量與回波,獲得缺陷的位置和形狀等信息。借助于高精度的接收延時(shí)控制還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦等效果,從而獲得高分辨率和高質(zhì)量的超聲波成像。然而,現(xiàn)有的超聲相控陣接收檢測(cè)系統(tǒng)通常是利用PLL（Phase Locking Loop）、線性插值等回波延時(shí)方法,這些處理方式導(dǎo)致接收系統(tǒng)的不靈活、數(shù)據(jù)處理慢等缺點(diǎn)。在研究超聲相控陣接收系統(tǒng)相控延時(shí)等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,本文提出了基于FPGA技術(shù)的超聲波相控陣檢測(cè)回波信號(hào)接收方法,設(shè)計(jì)了以8通道為基礎(chǔ)的便于擴(kuò)展的超聲相控接收硬件單元,實(shí)現(xiàn)了回波接收信號(hào)的同步接收與精確延時(shí)。結(jié)合FPGA高速、并行數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn),本文提出一種將超聲相控陣信號(hào)接收單元的控制、... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：90 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題背景與意義
    1.2 相控陣接收單元及信號(hào)處理研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 超聲相控陣原理及關(guān)鍵技術(shù)
    2.1 超聲檢測(cè)聲學(xué)基礎(chǔ)
        2.1.1 聲學(xué)理論
        2.1.2 波動(dòng)方程
    2.2 陣列信號(hào)處理
        2.2.1 頻率-波數(shù)響應(yīng)
        2.2.2 線性陣列
        2.2.3 相控偏轉(zhuǎn)
        2.2.4 相控聚焦
    2.3 相控陣延時(shí)精度影響
        2.3.1 延時(shí)精度與對(duì)比度
        2.3.2 延時(shí)精度與聲束偏轉(zhuǎn)
        2.3.3 延時(shí)精度與焦距
    2.4 本章小結(jié)
第三章 超聲相控陣接收單元硬件電路設(shè)計(jì)
    3.1 總體設(shè)計(jì)方案
        3.1.1 接收單元設(shè)計(jì)的總體要求
        3.1.2 系統(tǒng)的總體框架
    3.2 信號(hào)調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)
        3.2.1 前置放大器的設(shè)計(jì)
        3.2.2 濾波電路的設(shè)計(jì)
    3.3 高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
        3.3.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇
        3.3.2 ADC外圍電路的配置
    3.4 FPGA核心電路設(shè)計(jì)
        3.4.1 FPGA芯片選型
        3.4.2 FPGA下載配置模塊設(shè)計(jì)
        3.4.3 并行數(shù)據(jù)接口配置
    3.5 主控MCU電路設(shè)計(jì)
        3.5.1 主控MCU接口配置
        3.5.2 MCU通信模塊
    3.6 接收單元公共電路設(shè)計(jì)
        3.6.1 時(shí)鐘模塊設(shè)計(jì)
        3.6.2 電源模塊的設(shè)計(jì)
    3.7 PCB板的設(shè)計(jì)
    3.8 本章小結(jié)
第四章 超聲相控陣接收單元軟件設(shè)計(jì)
    4.1 總體設(shè)計(jì)
    4.2 多速率信號(hào)處理
        4.2.1 信號(hào)插值
        4.2.2 信號(hào)抽取
        4.2.3 Nobel恒等式
    4.3 CIC內(nèi)插濾波器
        4.3.1 單級(jí)CIC數(shù)字濾波器
        4.3.2 多級(jí)CIC數(shù)字濾波器
    4.4 基于CIC的FPGA延時(shí)模塊
        4.4.1 緩存模塊
        4.4.2 CIC插值模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)
        4.4.3 抽取延時(shí)模塊
    4.5 接收單元對(duì)外數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)
        4.5.1 接收單元對(duì)外數(shù)據(jù)接口需求
        4.5.2 FPGA控制ADC模塊
        4.5.3 主控MCU接口設(shè)計(jì)
        4.5.4 數(shù)據(jù)累加傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 接收單元硬件試驗(yàn)與軟件測(cè)試
    5.1 FPGA調(diào)試
    5.2 前端硬件電路測(cè)試
        5.2.1 放大電路測(cè)試
        5.2.2 AD采樣電路測(cè)試
    5.3 延時(shí)算法測(cè)試
    5.4 系統(tǒng)整體測(cè)試
    5.5 數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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