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基于LabVIEW的超声相控阵检测系统设计

作　者: 葛武健
导　师: 张永宏
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统理论
关键词: 超声相控阵 数据采集 信号聚焦合成 虚拟仪器
分类号: TP274.53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要


超声相控阵检测技术是最重要的现代无损检测技术之一,通过控制超声阵列探头中各个阵元激励或接收超声的相位延时,可实现对合成声束偏转角度和聚焦深度的灵活控制。超声相控阵检测技术具有更好的信噪比和更高的检测效率,随着现代数字技术和信息技术等相关技术的发展,它已成为国内外工业检测研究热点,有逐步代替常规超声检测的趋势。本文首先分析超声相控阵检测的基本原理,讨论和比较合成孔径聚焦和合成聚焦的优劣势,在此基础上将这两种方法相结合,利用它们在成本和性能上的优势互补特性,作为本文超声相控阵检测系统的设计思想。文中设计了系统的部分硬件设备,如超声发射电路等。为达到检测系统自动化的目的,还设计了通道组合选通器实现各通道的程控选通。基于压电阵列阵元、计算机、采集卡、通道组合选通器、放大滤波器等硬件,设计了超声相控阵检测系统的全部软件功能模块,利用系统集成技术将这些模块集成在一起,方便用户统一控制。由于后期数据处理运算量大,时效性不足。本文提出一种利用LabVIEW平台构建的分布式网络计算系统。系统采用主从结构,主机端负责协调控制和数据汇总,从机端嵌入了超声相控阵数据处理算法,在主机的协调控制下,各从机可以以并行计算的方式显著提高系统数据处理速度。相比于FPGA,该系统未增加硬件便达到高速数据处理的目的,具有成本上的优势。在主机端将该模块也集成到主软件中。利用该系统对缺陷金属试块进行了检测实验验证。在软件中对激励、采集、管理等方面进行参数设置后,对试块中阵列探头所在纵截面上各场点进行了聚焦合成。通过分析各场点的合成信号表明：利用本文的相控阵聚焦合成方法能有效增强场点处的特征信号,同时抑制干扰信号的幅度,提高了检测的信噪比。通过提取各场点合成信号的波幅作归一化处理,实现了该平面的二维成像,成像结果对缺陷定位准确,与实际试块缺陷情况吻合。最后,对本文提出的超声相控阵分布式计算系统进行了数据处理性能验证,证明了该方法能显著提高数据处理速度。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文研究内容  11-13
第二章 超声相控阵原理及系统结构  13-24
  2.1 超声相控阵检测原理  13-20
    2.1.1 超声相控阵发射  13
    2.1.2 超声相控阵接收  13-14
    2.1.3 超声相控阵声束合成  14-15
    2.1.4 超声相控阵聚焦合成方法研究  15-20
  2.2 超声相控阵检测系统结构组成  20-23
    2.2.1 硬件系统总体结构  20-21
    2.2.2 软件系统总体结构  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 系统硬件设计及阵列探头性能研究  24-43
  3.1 超声发射电路的设计  24-25
  3.2 通道组合选通器的设计  25-35
    3.2.1 通道组合选通器设计目的  25-26
    3.2.2 通道组合选通器整体结构  26-27
    3.2.3 数字控制信号输出  27-28
    3.2.4 数字信号功率放大  28-29
    3.2.5 选通执行模块的设计  29-30
    3.2.6 通道组合选通器驱动程序的设计  30-34
    3.2.7 抗串扰能力测试  34-35
  3.3 相控阵阵列探头性能研究  35-42
    3.3.1 阵列探头与超声相控阵聚焦的性能  35
    3.3.2 阵列探头及超声频率对波束形成的影响仿真  35-40
    3.3.3 阵列探头参数对声压的影响  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 系统软件设计  43-61
  4.1 软件设计技术  43-45
    4.1.1 虚拟仪器技术  43-44
    4.1.2 模块化软件设计技术  44-45
    4.1.3 多线程软件开发技术  45
  4.2 数据采集模块软件设计  45-54
    4.2.1 触发脉冲生成  45-48
    4.2.2 信号采集控制  48-49
    4.2.3 脉冲输出与信号采集同步  49-54
  4.3 管理模块软件设计  54-60
    4.3.1 阵列阵元排布录入系统设计  54-56
    4.3.2 组合通道选通器选通顺序控制  56-57
    4.3.3 测量数据管理系统设计  57-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 分布式网络计算在本系统中的运用  61-75
  5.1 超声相控阵网络协同计算可行性分析  61
  5.2 超声相控阵检测分布式计算系统组成  61-62
  5.3 网络传输超声原始数据文件的实现  62-68
    5.3.1 网络传输超声数据文件的必要性  62-63
    5.3.2 文件传输原理  63
    5.3.3 LabVIEW网络传输文件  63-66
    5.3.4 传输结果验证及性能评估  66-68
  5.4 超声相控阵分布式计算系统关键技术研究和实现  68-74
    5.4.1 主从机自适应连接  68-72
    5.4.2 主从机任务分配  72-73
    5.4.3 TCP不定长数据传输  73-74
    5.4.4 自定义TCP传输数据帧  74
  5.5 本章小结  74-75
第六章 系统功能验证及成像研究  75-85
  6.1 实验对象  75-76
  6.2 实验操作流程  76
  6.3 阵列阵元排布设置及检测对象预览  76-77
  6.4 通道组合选通顺序设置  77
  6.5 激励和采集参数配置  77-79
  6.6 延时聚焦合成  79-81
  6.7 成像处理及结果分析  81-83
  6.8 超声相控阵分布式网络计算性能验证  83-84
  6.9 本章小结  84-85
第七章 总结与展望  85-87
  7.1 总结  85-86
  7.2 展望  86-87
参考文献  87-91
硕士在读期间所做的研究工作  91-93
致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 采用各种新技术的自动检测系统 > 超声波检测及其设备
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