基于ARM处理器的超声波压力容器检测系统

发布时间：2017-06-08 09:14

  本文关键词：基于ARM处理器的超声波压力容器检测系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压力容器是工业生产中的常用设备,其广泛运用在石油、化工、冶金、医药以及人民生活的各个领域。为了确保生产过程的顺利进行,需经常对压力容器进行压力检测。在压力检测的过程中,为了不破坏压力容器,从而减少危险事故的发生,无损检测技术得到了广泛应用。超声检测作为无损检测的一种,其灵敏度高、速度快、成本低、可对缺陷部位进行定位和定量且对人体无害。特别对于压力容器等工作在高温、高压以及腐蚀介质条件下的高危设备,从原料检测到使用过程中的定期检查都需尽量避免或减小对设备的损坏。本文在认真研究、分析超声波检测的原理及方法的基础上,设计了一种超声波压力容器检测系统。该系统以ARM为主控制器,以嵌入式Linux系统为运行平台,相比较传统的检测设备,它具有很多优点：检测结果可以以文件形式保存在系统内部闪存或SD卡、U盘等存储设备中,亦可通过USB及串口与计算机通信存储,便于后期分析、研究。本系统的直接测取量为超声表面波在特定距离上的传播时间,即可间接测量表面波在该介质中的波速。采用多次测量取结果平均值的方法以减小随机干扰,采用参比方法放置接收探头以消减电路中电子器件的延时。本文首先对超声检测理论与技术进行了仔细研究,并在此基础上提出了基于ARM处理器的嵌入式超声波压力容器检测系统的总体设计方案,为硬件和软件的设计奠定了基础。其次详细介绍了超声波压力容器检测系统的总体硬件设计方案,分别包括超声波的控制模块、激发模块、接收模块及TDC计时模块及通信接口等部分。接着在硬件的基础上进行Linux系统软件移植、硬件驱动移植及应用程序编写,其中重点为TDC-GP21设备驱动移植和应用软件编写。硬件的模块化设计很大程度上增加了电路的可靠性及可调试性。Linux设备驱动的模块化编程减小了工作量,也便于日后的维护和升级。最后,总结了工作中的不足与进一步的研究方向。
【关键词】：超声检测 压力容器 ARM TDC-GP21 Linux设备驱动
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TB559
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 超声波检测技术9-11
• 1.2.1 超声波检测的历史与发展9
• 1.2.2 超声波检测的基本方法9-10
• 1.2.3 超声波检测技术的优势10-11
• 1.3 超声波检测应用11-14
• 1.3.1 超声波应力检测11-12
• 1.3.2 超声波压力检测12-13
• 1.3.3 超声波温度检测13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-15
• 2 系统总体设计及原理15-29
• 2.1 表面波简介15-16
• 2.1.1 表面波的产生15
• 2.1.2 表面波的传播15-16
• 2.1.3 表面波的应用16
• 2.2 压力容器简介16-20
• 2.2.1 压力容器的主要参数16-17
• 2.2.2 压力容器的分类17
• 2.2.3 压力检测方法17-20
• 2.3 表面波压力测量模型20-25
• 2.3.1 影响表面波传播速度的因素20-23
• 2.3.2 影响表面波传播距离的因素23-24
• 2.3.3 参比压力测量模型24-25
• 2.3.4 传播时间测量原理25
• 2.4 超声波检测系统总体设计25-28
• 2.4.1 方案选择26-27
• 2.4.2 总体框架设计27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 超声波检测装置的设计29-43
• 3.1 ARM控制模块29-32
• 3.1.1 ARM处理器29-30
• 3.1.2 Flash内存30-31
• 3.1.3 SDRAM存储器31
• 3.1.4 通讯接口31-32
• 3.2 超声波激发模块32-35
• 3.2.1 脉冲超声波激励原理33
• 3.2.2 脉冲超声波激励电路实现33-34
• 3.2.3 直流高压电路34-35
• 3.3 超声波接收模块35-37
• 3.3.1 放大与滤波原理图35
• 3.3.2 放大与滤波电路实现35-36
• 3.3.3 电平比较电路36-37
• 3.4 TDC计时模块37-42
• 3.4.1 TDC-GP21概述37-38
• 3.4.2 TDC-GP21测量范围38-40
• 3.4.3 TDC计时电路实现40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 系统软件开发43-61
• 4.1 建立软件开发环境43-44
• 4.1.1 安装交叉编译工具43
• 4.1.2 TFTP与NFS服务的配置43-44
• 4.1.3 软件工具44
• 4.2 嵌入式Linux系统移植44-50
• 4.2.1 Bootloader45-46
• 4.2.2 Linux内核移植46-48
• 4.2.3 构建根文件系统48-50
• 4.3 TDC设备驱动编写50-56
• 4.3.1 SPI传输格式50-51
• 4.3.2 SPI相关寄存器51-52
• 4.3.3 TDC驱动程序52-56
• 4.4 应用程序56-60
• 4.4.1 打开设备58
• 4.4.2 配置TDC设备58-59
• 4.4.3 读取数据59-60
• 4.4.4 存数并运算数据60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 系统调试及实验分析61-67
• 5.1 系统调试61-64
• 5.1.1 装置调试61-63
• 5.1.2 软件调试63-64
• 5.2 实验及结果分析64-65
• 5.3 误差分析65
• 5.4 本章小节65-67
• 6 总结与展望67-68
• 7 参考文献68-73
• 8 攻读硕士学位期间发表论文情况73-74
• 9 致谢74

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