本文關(guān)鍵詞：基于FPGA相控陣超聲聲束合成系統(tǒng)的設(shè)計　出處：《江蘇大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：相控陣超聲無損檢測具有檢測速度快、靈敏度高、能檢測復(fù)雜工件等優(yōu)點,是目前超聲檢測領(lǐng)域的研究熱點。相控陣超聲無損檢測中最基本、最重要的技術(shù)是聲束合成技術(shù)。聲束合成技術(shù)包括相控陣列發(fā)射和接收兩個方面,其中通過控制陣列中陣元發(fā)射超聲波的延遲時間能使聲束發(fā)生偏轉(zhuǎn)和聚焦,在工件待探測區(qū)域內(nèi)形成較強的聲場,并降低工件其它區(qū)域的聲場強度,從而獲得盡可能高的探測分辨率�？梢娍刂瞥暡ㄐ盘柕陌l(fā)射的時間延遲是聲束合成技術(shù)的核心。論文在聲波基本理論的基礎(chǔ)上,分析了陣元的延遲時間精度與聲束的相位、聲束的偏轉(zhuǎn)精度以及聲束聚焦時的焦距等性能的影響。仿真表明陣元的延遲精度越高,聲束的合成效果越好。目前常用的超聲波信號發(fā)射設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單,存在輸出信號形式單一、波形粗糙、參數(shù)精度低,波形參數(shù)調(diào)整不便等問題,論文研究和設(shè)計了以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為核心結(jié)合高速DA轉(zhuǎn)換的直接數(shù)字合成(DDS)系統(tǒng),并進一步構(gòu)建了相控陣超聲聲束發(fā)射系統(tǒng)。針對經(jīng)典ROM查表法DDS產(chǎn)生波形過程中對FPGA存儲資源需求量大等缺點,提出了一種利用遞歸的方法實現(xiàn)超聲波信號的發(fā)生,該方法結(jié)構(gòu)簡單,利用資源量少,能夠方便地產(chǎn)生高精度的超聲波信號,信號的頻率、發(fā)射延遲時間等參數(shù)均可靈活設(shè)置,進而合成不同的聲束,提高了相控陣超聲檢測能力和適用性,滿足不同的檢測需求。研究選用Altera公司的Cyclone IV系列EP4CE6E22C8作為主控芯片,設(shè)計了一套16通道的相控陣超聲聲束合成系統(tǒng)硬件。該系統(tǒng)能完成16路高精度超聲波的發(fā)射以及16路回波信號的接收。硬件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法,論文詳細介紹了元器件的選型和電路設(shè)計,包括FPGA核心控制電路、超聲波的發(fā)射與回波接收電路、數(shù)據(jù)接口電路和系統(tǒng)電源電路等。在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上,利用Verilog HDL硬件描述語言設(shè)計了超聲波信號發(fā)生、數(shù)模轉(zhuǎn)換器驅(qū)動、回波信號數(shù)據(jù)接收、模數(shù)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動等模塊的設(shè)計,實現(xiàn)了前述超聲信號發(fā)生方法。對軟件系統(tǒng)進行了相關(guān)的仿真驗證,并在硬件平臺上進行了實驗測試。最后,分析了仿真與實驗測試的結(jié)果,驗證了論文所述超聲信號發(fā)生以及接收系統(tǒng)的正確性以及信號發(fā)生頻率、發(fā)射延遲時間等參數(shù)的精確性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN791;TB559

【參考文獻】

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