多通道超声检测总控系统的研究与设计

发布时间：2017-07-27 08:12

  本文关键词：多通道超声检测总控系统的研究与设计

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【摘要】：在超声检测、射线检测、涡流检测、磁粉检测和渗漏检测五大常规无损检测中,超声波检测是工业生产中应用十分广泛的一种无损检测方法,它即可检测材料或构件的表面缺陷,又可以检测内部缺陷,对于平面状缺陷如叠层、裂纹等,可以获得很好的缺陷回波。目前市面上比较成熟的超声检测系统一般采用PCI或ISA接口,此类接口的特点是:高速、可靠、稳定并且是并行传输,但是安装麻烦、协议复杂、成本较高、学习和开发周期较长。相对于PCI或ISA接口的超声采集系统来说,USB随着协议的更新,传输速度越来越高、接口小巧简单、消耗资源低、学习和开发周期短、性价比较高等特点。由于USB2.0协议的数据传输速率高达480Mbps,使得USB可应用于动态实时传输的高速实时性要求的工业生产设备中,极大地提高了系统的高效性和易用性。本课题分析弹药筒存在的缺陷,根据超声检测原理,选择了水浸式板波检测方法对弹药筒进行缺陷检测,本系统与上位机的通信接口采用的是USB2.0。针对USB在工业应用比较少的情况,本文将对USB在工业无损检测实际应用中的可靠性和稳定性作出研究和阐述。本系统选用Cyclone II的FPGA芯片作为主控芯片,通信接口采用USB2.0接口,接口芯片为Cypress公司的Cy7c68013a。本系统设计了20个超声信号采集通道,利用6片多路复用器MAX4617和一片译码器SN74H138实现通道之间的切换。在信号采集部分,选用MP7690作为模数转换芯片,实现单一通道的单点采样。在Keil开发环境中,完成EZ-USB FX2LP的固件程序开发;利用Quartus II开发环境设计开发FPGA控制程序,并利用Modelsim完成时序的仿真和调试;利用Visual Studio 2013的开发平台完成上位机软件系统的开发与调试。本系统可利用上位机软件系统对数字超声检测系统进行参数设置和采样控制,完成对超声回波信号的处理,利用相关算法进行判伤,并图形化显示判伤结果。
【关键词】：USB2.0 超声检测系统 Cy7c68013a FPGA
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-14
• 1.1 课题背景、目的和意义10-11
• 1.2 超声检测仪的发展现状11-12
• 1.3 USB在工业应用上的发展现状12-13
• 1.4 论文的主要内容13-14
• 2. 超声检测系统总体方案设计14-24
• 2.1 超声检测原理14-17
• 2.1.1 纵波法14-15
• 2.1.2 横波法15-16
• 2.1.3 表面波法16
• 2.1.4 板波法16-17
• 2.2 检测方案选择17-20
• 2.2.1 检测对象特征17-18
• 2.2.2 超声探头接触方式18-19
• 2.2.3 超声探头的选择19
• 2.2.4 检测方案19-20
• 2.3 系统技术指标及总体方案20-21
• 2.3.1 系统技术指标20
• 2.3.2 系统总体方案20-21
• 2.4 超声检测仪硬件系统21-22
• 2.5 上位机测试软件22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 3. 超声检测系统硬件设计24-45
• 3.1 超声发射电路24-25
• 3.2 超声接收电路25-28
• 3.2.1 增益调整电路25-26
• 3.2.2 单峰检波电路26-27
• 3.2.3 门选电路27
• 3.2.4 峰值保持电路27-28
• 3.2.5 信号选择电路28
• 3.3 信号采集电路28-42
• 3.3.1 模数转换电路30-31
• 3.3.2 USB2.0 硬件设计和信号完整性分析31-39
• 3.3.3 EZ-USB FX2LP固件程序设计39-42
• 3.4 超声检测硬件系统成品42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4. 信号采集卡程序设计45-56
• 4.1 USB通信控制模块46-48
• 4.1.1 USB2.0 高速模式下的读写状态控制46-47
• 4.1.2 USB2.0 全速模式下的读写状态控制47-48
• 4.2 增益控制模块48-49
• 4.3 发射门控模块49-51
• 4.4 采样控制模块51-53
• 4.4.1 USB2.0 高速模式下的采样控制51-52
• 4.4.2 USB2.0 全速模式下的采样控制52-53
• 4.5 FIFO控制模块53-55
• 4.5.1 USB2.0 高速模式下的FIFO控制54
• 4.5.2 USB2.0 全速模式下的FIFO控制54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5. 上位机测试软件设计56-65
• 5.1 基于USB接口的数据通信设计57-59
• 5.1.1 USB设备的实例化57
• 5.1.2 USB端点管道复位57-58
• 5.1.3 USB数据传输58
• 5.1.4 自定义命令传输58-59
• 5.2 上位机测试软件界面59-60
• 5.3 信号处理及结果分析60-64
• 5.3.1 信号预处理60-61
• 5.3.2 相关算法处理61-63
• 5.3.3 检测结果63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6. 总结与展望65-67
• 6.1 全文总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间发表论文及成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：580462