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多路数字超声波系统设计

作 者: 杨兆飞
导 师: 韩焱
学 校: 中北大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 多路超声系统 LVDS传输 超声发射/接收 水浸聚焦探头
分类号: TP274.53
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 8次
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内容摘要


无损检测就是利用声、光、磁和电等特性,在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下,检测被检测对象中是否存在缺陷或不均匀性,并给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息,进而判定被检测对象所处技术状态的所有技术手段的总称。在无损检测中超声检测凭借低成本、检测速度快、高灵敏度的优势在无损检测中占据重要的地位。传统的无损检测有A型、B型和C型,在对复杂构建物体进行探伤时,超声单探头检测略显逊色,所以需要采用多探头、多角度方式进行检测;在超声CT成像中,并不是所有通道同时都只执行收或者发方式,每个探头可以独立设置收发,同时检测通道也可以任意组合,以便不同的场合下使用不同的通道检测,从而实现柔性通道检测。本课题主要是设计多通道数字式超声波检测系统,通过搭建硬件电路完成超声信号的发射与接收,以软件硬件相结合的方式实现A型超声探伤仪的数字一体化、小型化、模块化。论文首先介绍了超声中涉及到的物理参数和超声波的传播特性,并分析了探头的工作原理,尤其是课题中使用的水浸聚焦探头,包括参数以及测量中所用到的公式。其次构建了多路数字超声系统的总体构架,通过分析总体构架解决了系统间每一部分相连的关键技术,从而最终制定了一套多路数字超声系统的整体方案。在方案中主要包括如下模块:电源模块、超声脉冲发射模块、接收模块、模拟开关模块、FPGA控制传输模块、LVDS转换模块、USB传输模块。论文中对每个模块都进行了详细的阐述,通过理论计算、仿真、实物验证,对比标准仪器验证等方法,验证了每一模块的可实施性和正确性。最后根据硬件系统编写了相应的硬件程序和软件程序,硬件程序包括FPGA发射、接收、数据采集程序,软件程序包括LabView编写的数据传输显示程序。最终通过硬件+软件的方式完成了多路数字超声系统的研究。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1.绪论  9-14
  1.1 课题研究的背景及意义  9-11
  1.2 超声仪器技术研究进展  11-12
    1.2.1 国内外超声波检测技术现状  11
    1.2.2 超声波检测仪器的发展趋势  11-12
  1.3 论文主要研究内容和章节安排  12-14
2.超声波检测基本理论  14-23
  2.1 描述超声的物理参量  14-16
  2.2 超声波探伤方法分类  16-19
  2.3 超声波探头工作原理  19-22
    2.3.1 压电陶瓷  19
    2.3.2 正逆压电效应  19-20
    2.3.3 聚焦探头工作原理  20-22
  2.4 本章小结  22-23
3.多路数字超声波系统总体设计方案  23-30
  3.1 超声探伤仪组件  23-24
  3.2 数字超声系统关键设计  24-28
  3.3 多路数字超声系统总体设计方案  28-29
  3.4 本章小结  29-30
4.多路数字超声波系统硬件设计  30-58
  4.1 超声波检测电路  30-52
    4.1.1 电源模块  30-31
    4.1.2 超声脉冲发射模块  31-40
    4.1.3 超声接收模块  40-52
  4.2 数据采集处理模块设计  52-56
    4.2.1 高速 A/D 转换  52-53
    4.2.2 LVDS 数据转换  53-55
    4.2.3 USB 传输模块  55-56
  4.3 本章小结  56-58
5.多路数字超声波系统软件设计  58-69
  5.1 系统软件总体流程  58-59
  5.2 硬件电路程序设计  59-64
    5.2.1 超声波激励脉冲信号  59-60
    5.2.2 数据采集程序设计  60-62
    5.2.3 LVDS 传输程序设计  62-64
  5.3 上位机 Labview 程序设计  64-68
    5.3.1 USB 数据传输程序  64-65
    5.3.2 多路波形显示设计  65-68
  5.4 本章小结  68-69
6.总结与展望  69-70
  6.1 总结  69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-74
致谢  74-75

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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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