多FPGA的相控阵超声检测系统的设计与实现

发布时间：2020-05-24 03:14

【摘要】：相控阵超声检测技术是各通道高压脉冲有一定延时的情况下,打击相应的晶片,从而使声波在期望点聚焦。为深入研究管道环焊缝缺陷特性,需要相控阵检测系统提供完全控制激励信号参数和获得接收回波信号的特性,针对该问题设计了32个模拟通道,可接入128个晶片,模数转换率达到125 MSPS的多FPGA的相控阵超声检测系统。本文重点研究了脉冲发射延时、回波数据采集、数字波束合成、缺陷定位等问题。概述了不同的无损检测方法在不同深度的使用情况,详细论述了相控阵超声检测技术的原理。基于探头加楔块的聚焦法则,推导了各脉冲的延时。明确了A扫信号用于判断及定位缺陷的方法,得出对其定位的计算公式。设计了分离式的总体硬件方案,获得了单板面积小、调试工作量小、便于扩展的效果,包括了功能板、主控板、背板。根据不同的功能,详细介绍了高压脉冲发射电路、高压电源、选频放大、通道选择、可变增益放大、模数转换器、系统核心FPGA、背板连接器等功能单元。通过高压脉冲发射实验,得知脉冲幅值出现饱和、不随高压电源变化的原因。在高压脉冲产生模块与低压接收之间连接T/R开关,解决了幅值衰减的问题。使用功率较大的高压电源并且在其可调节端添加运算模块,实现系统多通道同时工作以及防止上电时损坏高压脉冲发射模块。脉冲产生的小数倍延时通过流水线的方式,使用了4个有相位差的时钟,达到了2.5 ns的延时精度。调用FPGA中LVDS解串IP核,接收回波数据。对回波数据进行线性插值,同时根据脉冲的延时方案对各通道的插值数据进行存储,实现数字波束合成。在DSP Builder中设计FIR滤波器,结果显示合成波束的信噪比提高了9.4 dB。对标准试块中热焊区的缺陷进行定位实验,得出了定位误差及影响该误差的因素。实验表明系统具有缺陷检测能力,在深度上缺陷定位的相对误差为1.7%,能够满足工业无损检测的要求。
【图文】：

射线检测,仪器

够检测出位于材料表面的缺陷，渗透检测是根据毛细作用的原理，在渗透液、显陷的位置及形态[5]。由于检测过程中使用应用受到了限制[6]。测是既能检测出被检材料的表面的损伤，有涡流检测[7]、红外检测等。涡流检测是实现自动化、效率高、非接触等优点[9-12]。准确、操作安全等优点，应用在电力设备是既能检测出被检材料表面的损伤，也能射、射线检测。声发射具有检测效率高、，但是噪声干扰较大、信号解释困难[16-17]线检测具有缺陷定性比较容易、检测结果安全隐患、检测成本高[18-19]。

相控阵,探伤仪,型号

超声技术的研究现状由于塑料、金属等材料具有多样性，阵系统主要在医学方面应用。随着相合成技术、换能器等，相控阵系统应相控阵超声设备是在二十世纪八十年能力低下。相控阵超声系统的研究开发、阵列信号处理和波束形成等[32国外一些公司自从 20 世纪 90 年代探伤仪，用于探测高速列车轮轴中的较具代表性的相控阵探伤设备，强大。如图 1-2 所示的型号为 Omni孔径数为 32，晶片数量 128 个，，脉冲 2.5 ns。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH878.2

【参考文献】