本文關鍵詞：基于FPGA的超聲相控陣檢測系統(tǒng)的研究與設計

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【摘要】：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,各類工業(yè)設備所面臨的工作環(huán)境越來越苛刻,這對無損檢測的發(fā)展提出了很多新的要求。超聲相控陣檢測技術作為無損檢測領域的一個新的研究熱點,以其可視化成像、檢測分辨率高、操作便捷等特點而得到重視,并開始承擔更多的檢測任務,這也是無損檢測技術的一個發(fā)展趨勢。本文旨在完成超聲相控陣檢測系統(tǒng)硬件平臺的設計,并以此硬件平臺為基礎,對超聲相控陣檢測的相關技術進行實驗驗證,主要研究工作如下:(1)學習超聲相控陣檢測技術的基本原理,在此基礎上研究了超聲相控陣收發(fā)電路的設計以及數(shù)字信號處理的相關知識,并提出了硬件平臺的解決方案。(2)根據(jù)超聲回波脈沖信號的特點,研究了基于數(shù)字式正交包絡檢波的接收聲束形成算法,該算法可以將射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號,降低采樣率,緩解系統(tǒng)的存儲壓力,同時還可以保留回波信號的幅值信息,結(jié)果表明該算法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的超聲相控陣接收算法。(3)完成了對超聲相控陣檢測系統(tǒng)收發(fā)電路的設計,使其可以發(fā)射高壓脈沖用來激勵超聲陣列換能器,同時對于接收到的超聲回波信號可以進行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理。(4)完成了FPGA內(nèi)部數(shù)字信號的設計與處理。主要包括延時激勵、LVDS接口、延時補償以及聲束合成、正交包絡檢波等模塊的設計,并對這些模塊進行了仿真驗證,獲得了預期的效果。結(jié)果表明,超聲相控陣檢測系統(tǒng)硬件平臺的相關模塊運行正常,均符合設計要求,可以實現(xiàn)超聲波的發(fā)射、回波信號的處理等功能,為超聲相控陣檢測系統(tǒng)的應用打下了堅實的基礎。
【關鍵詞】：無損檢測 超聲相控陣 收發(fā)電路 接收聲束形成 FPGA
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH878.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 注釋表14-15
• 縮略詞15-16
• 第一章 緒論16-21
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢17-20
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀19
• 1.2.3 發(fā)展趨勢19-20
• 1.3 本文主要研究工作及組織結(jié)構(gòu)20-21
• 第二章 超聲相控陣檢測技術原理21-31
• 2.1 超聲波的基本概念21-23
• 2.1.1 描述聲場的物理量21-22
• 2.1.2 波動方程22-23
• 2.1.3 超聲波的物理特性23
• 2.2 超聲相控陣檢測技術原理23-26
• 2.2.1 超聲相控陣發(fā)射原理23-25
• 2.2.2 超聲相控陣接收原理25
• 2.2.3 超聲相控陣掃查方式25-26
• 2.3 超聲相控陣發(fā)射延時值的計算與分析26-28
• 2.3.1 超聲相控陣發(fā)射延時值的計算26-27
• 2.3.2 延時控制精度對系統(tǒng)的影響27-28
• 2.4 數(shù)字式正交包絡檢波算法28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第三章 超聲相控陣檢測系統(tǒng)硬件電路設計31-47
• 3.1 超聲相控陣檢測系統(tǒng)總體設計31-32
• 3.1.1 系統(tǒng)設計要求31
• 3.1.2 系統(tǒng)總體設計方案31-32
• 3.2 超聲陣列換能器32-33
• 3.3 發(fā)射前端電路33-34
• 3.4 收發(fā)隔離電路34-35
• 3.5 信號接收與采集電路35-39
• 3.6 數(shù)字信號處理電路39-43
• 3.6.1 FPGA器件的配置方式40-41
• 3.6.2 I/O管腳資源分配41-43
• 3.7 電源系統(tǒng)設計43-45
• 3.7.1 發(fā)射前端電源43
• 3.7.2 信號接收與采集電路電源43-44
• 3.7.3 數(shù)字信號處理電路電源44-45
• 3.8 PCB設計45-46
• 3.8.1 去耦電路的設計45-46
• 3.8.2 LVDS信號線的設計46
• 3.9 本章小結(jié)46-47
• 第四章 超聲相控陣檢測系統(tǒng)FPGA總體設計47-58
• 4.1 FPGA各功能模塊綜述47-48
• 4.2 發(fā)射延時模塊設計48-50
• 4.2.1 延時模塊48-49
• 4.2.2 激勵信號發(fā)射模塊49-50
• 4.3 LVDS接口模塊設計50-52
• 4.4 延時補償及聲束合成模塊設計52-53
• 4.5 數(shù)字式正交包絡檢波設計53-56
• 4.6 SPI控制模塊56-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 第五章 硬件系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析58-68
• 5.1 電源系統(tǒng)調(diào)試58-59
• 5.2 FPGA模塊調(diào)試59-60
• 5.3 發(fā)射前端調(diào)試60-61
• 5.4 收發(fā)隔離電路調(diào)試61
• 5.5 信號接收與采集電路調(diào)試61-65
• 5.5.1 時鐘電路調(diào)試62-63
• 5.5.2 可控增益放大器控制調(diào)試63
• 5.5.3 SPI控制電路調(diào)試63-64
• 5.5.4 LVDS輸出驗證64-65
• 5.6 綜合調(diào)試65-67
• 5.7 本章小結(jié)67-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-71
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-71
• 參考文獻71-75
• 致謝75-76
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文76

【參考文獻】

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本文編號：827775