基于FPGA的超声波探伤仪的硬件系统研制

发布时间：2017-04-28 09:06

  本文关键词：基于FPGA的超声波探伤仪的硬件系统研制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,利用超声波探测高速列车转向架关键部件中的空心车轴是否存在危害性疲劳裂纹及缺陷是保证高速列车组能够安全运行的重要无损检测手段。近年来,现场可编程门阵列越来越成熟地应用在高速数字信号处理技术方面,使得快速和自动化的数字式超声探伤系统技术应用支撑更加有力。本文旨在对基于FPGA的超声波探伤仪设计中的若干关键技术进行研究设计实现,并且研制一种基于高速列车空心车轴数字式超声波探伤的硬件系统,主要工作如下： (1)提出并实现一种基于FPGA高速数字信号处理系统与PowerPC平台相结合的超声波探伤仪硬件电路设计方案,并且提高了外围高速以太网接口,可实时显示探伤结果。 (2)小型化低功耗方面,在芯片选型与设计时,采用表贴封装及高集成度的IC芯片,提出并实现电源供应、探头触发、回波信号预处理及高速A/D采样等电路的设计。 (3)提出探伤仪的硬件系统关键技术原理,可以解决8OMHz～100MHz高速采样数据流实时处理和传输的实际问题,并在多平台上实现数字滤波技术的仿真,通过VHDL编程实现数字包络检波技术、非均匀实时抽取技术、乒乓存储技术的仿真。 (4)利用UT组件调试上位机,实现对基于FPGA关键技术的分模块分功能调试,在超声波检测系统上位机上,实现对超声波探伤信号的A型、B型、C型的实时显示。 与传统的模拟式超声波探伤仪相比,具有以下几方面的优点：可实现上位机控制自动化检测；利用FPGA的高速数字信号处理并行性与在PowerPC平台运行的VxWorks实时高效操作系统的多任务处理能力,精度得到提高并且真正实现多通道并行采集处理实时显示；针对超声波在介质中传播时的衰减规律,设计实现深度增益补偿电路；采用比较前沿的多平台仿真技术等。 目前,该超声波探伤仪初代样机已设计成功,已和上位机连接,并完成实际环境下的实验和测试。结果表明能够达到设计指标要求,初步满足探伤要求。
【关键词】：超声波探伤 FPGA 多平台仿真 VHDL仿真 上位机显示
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U270.7;TH878.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 本课题的研究意义11-12
• 1.4 论文研究内容和安排12-13
• 第二章 超声波探伤基本原理及空心轴检测装置组成13-22
• 2.1 超声波基本概念13-14
• 2.2 超声波探伤的基本原理14
• 2.3 空心轴超声波探伤仪系统组成14-21
• 2.3.1 空心轴超声探头组件与探伤方法15-19
• 2.3.2 探头探杆推进部件19-20
• 2.3.3 对比试样轴20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 超声波探伤硬件系统架构与若干关键技术22-35
• 3.1 超声波探伤硬件系统的基本工作原理22-23
• 3.2 超声波探伤硬件系统技术性能指标要求23-25
• 3.3 硬件系统的若干关键技术25-34
• 3.3.1 深度增益补偿技术25-27
• 3.3.2 FIR数字带通滤波技术27-29
• 3.3.3 数字包络检波技术29-32
• 3.3.4 非均匀实时抽取技术32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 超声波探伤硬件系统电路设计35-49
• 4.1 硬件电路电源供应模块35-37
• 4.2 超声探头激励与回波信号接收模块37-38
• 4.3 深度增益补偿放大模块38-41
• 4.3.1 可调增益补偿电路38-40
• 4.3.2 增益放大器电路40-41
• 4.4 高速模数转换采样模块41-42
• 4.5 FPGA加载配置模块42-43
• 4.6 芯片间通讯模块43-47
• 4.7 以太网通讯接口模块47-48
• 4.8 本章小结48-49
• 第五章 FPGA开发环境与关键技术仿真实现49-70
• 5.1 FPGA开发环境与仿真平台49-53
• 5.1.1 ISE设计工具与EDA设计工具简介49-50
• 5.1.2 数字滤波器的Matlab与FPGA开发环境50
• 5.1.3 FPGA核心设计流程及设计实现语言50-52
• 5.1.4 Xilinx的P核与System Generator模块52-53
• 5.2 FIR数字带通滤波技术多平台仿真实现53-60
• 5.3 VHDL仿真实现60-69
• 5.3.1 数字包络检波方式VHDL仿真实现61-63
• 5.3.2 非均匀实时抽取技术VHDL仿真实现63-65
• 5.3.3 乒乓原理存储技术VHDL仿真实现65-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 硬件系统关键技术调试实现及PCB设计70-82
• 6.1 电源模块调试70-71
• 6.2 若干关键技术调试实现71-75
• 6.2.1 深度增益补偿技术调试实现71-72
• 6.2.2 FIR数字带通滤波技术调试实现72-73
• 6.2.3 数字包络检波技术调试实现73-74
• 6.2.4 非均匀实时抽取技术调试实现74-75
• 6.3 硬件系统PCB设计75-77
• 6.3.1 PCB层叠结构与EMC设计75-76
• 6.3.2 PCB的布局与布线76-77
• 6.4 空心轴超声波探伤仪实验与结果分析77-81
• 6.5 本章小结81-82
• 第七章 总结与展望82-84
• 7.1 本文的工作总结82-83
• 7.2 研究工作的展望83-84
• 参考文献84-87
• 硕士在读期间所做的研究工作87-88
• 致谢88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：332507