数字宽频超声探测电路系统设计与应用

发布时间：2017-05-11 12:17

  本文关键词：数字宽频超声探测电路系统设计与应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前最常见的超声探测相关应用多是直接利用相关波形时域信息,采用的信号发生器也多为模拟系统。这类探测系统获取信息有限,精度不高且移动性差。数字宽频超声探测电路系统利用数字信号抗干扰强,可根据需要生成任意探测信号,且可以对回波信号进行各类复杂算法分析。在此基础上,笔者所在国家移动超声探测工程技术研究中心提出以发送宽带调频信号以增大探测信息量,提升探测能效以及探测精度并最终实现移动超声探测作为主要研究方向。本文主要工作为为中心研究课题提供相关平台,即设计搭建高速率高精度数字宽频超声探测电路系统。论文的第二章主要介绍了超声波特性、超声波常见应用以及不同类型超声换能器。第三章引入了数字宽频超声探测电路系统的具体组成结构,并与传统模拟超声探测系统进行了性能对比,之后提出了用于计算数字超声探测系统固有频响的算法。第四章设计搭建了一个数字有线宽频超声探测电路系统,并在此套系统上进行了超声换能器频响实验以及超声测距实验对系统进行应用验证。针对数字有线宽频超声探测电路系统移动性差的短板,第五章设计了一个数字无线宽频超声探测电路系统,实现将数据处理与探测前端分离,设计出低功耗的探测前端,降低各类探测应用的成本,成为移动超声探测有效解决方案,并对该系统进行相关验证实验,并将实验结果与第四章的实验结果进行对比分析。本文主要创新点在于:1.将线性调频信号作为探测信号,以提高信息量来获得探测高精度。2.设计的两类系统均为数字系统,不受探测信号限制,可以为不同待测系统选择最佳参数探测信号及与其匹配的超声换能器,对回波信号进行各类分析计算力求最大程度反映所载信息,探测系统不再受限于一种应用场景。两类系统可根据实际探测需要进行通道扩展,只需相应增加信号转换模块芯片即可实现多探测数量通道同时探测及分析。3.数字无线宽频超声探测电路系统将数据处理模块与探测前端分离,为两者提供无线高速数据传输方案,探测数据处理交由后台处理,实现移动便携式探测。
【关键词】：超声波 数字宽频 高精度 移动探测
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 课题背景11
• 1.2 课题研究意义与现状11-12
• 1.3 论文主要内容与结构12-14
• 第二章 超声探测及其应用14-22
• 2.1 超声波特性14-15
• 2.2 超声波实际应用15-17
• 2.2.1 功率超声波应用15-16
• 2.2.2 探测超声波应用16-17
• 2.3 超声换能器17-21
• 2.3.1 压电式换能器18-19
• 2.3.2 电容式微加工传感器（cMUT）19-20
• 2.3.3 声发射换能器20
• 2.3.4 耦合剂20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 数字超声探测系统中频响测试方法研究22-33
• 3.1 数字超声探测系统22-24
• 3.1.1 数字超声探测系统的优势22-23
• 3.1.2 数字宽频超声探测电路系统固有频率响应23-24
• 3.2 频率响应测试方法分析24-30
• 3.2.1 逐点正弦法24-25
• 3.2.2 线性调频法25-26
• 3.2.3 步进调频法26-27
• 3.2.4 单位脉冲法27-28
• 3.2.5 高斯白噪声法28-30
• 3.3 数字超声探测系统固有频率响应算法30-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 数字有线宽频超声探测电路系统设计与应用33-56
• 4.1 数字有线宽频超声探测电路系统实现结构33-34
• 4.2 数字有线宽频超声探测电路系统硬件构成34-43
• 4.2.1 连接控制模块35-37
• 4.2.2 信号转换模块37-40
• 4.2.3 信号放大模块40-42
• 4.2.4 发送端功率放大器（PA）42-43
• 4.3 数字有线宽频超声探测电路系统性能以及使用介绍43-46
• 4.4 超声换能器频率响应测试实验46-52
• 4.4.1 汕头超声 50K-P28F换能器47-48
• 4.4.2 电容式微加工换能器（cMUT）48-49
• 4.4.3 汕头超声小型压电换能器49
• 4.4.4 富士M31 型声发射换能器49-50
• 4.4.5 汕头超声超小型声发射换能器50-51
• 4.4.6 物理声学公司S9225 型声发射换能器51-52
• 4.5 时延法超声测距实验52-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第五章 数字无线宽频超声探测电路系统设计与应用56-71
• 5.1 数字无线宽频超声探测电路系统硬件组成56-62
• 5.1.1 连接控制模块57-59
• 5.1.2 信号转换模块59-61
• 5.1.3 信号放大模块61-62
• 5.2 数字无线宽频超声探测电路系统性能及使用介绍62-65
• 5.3 超声换能器频率响应测试实验65-68
• 5.3.1 汕头超声 50K-P28F换能器65
• 5.3.2 电容式微加工换能器（cMUT）65-66
• 5.3.3 汕头超声小型压电换能器66
• 5.3.4 富士M31 型声发射换能器66-67
• 5.3.5 汕头超声超小型声发射换能器67
• 5.3.6 物理声学公司S9225 型换能器67-68
• 5.4 时延法超声测距实验68-69
• 5.5 本章小结69-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 附件78

【参考文献】

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本文编号：357247