基于FPGA相控阵超声声束合成系统的设计
本文关键词：基于FPGA相控阵超声声束合成系统的设计 出处：《江苏大学》2017年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：相控阵超声无损检测具有检测速度快、灵敏度高、能检测复杂工件等优点,是目前超声检测领域的研究热点。相控阵超声无损检测中最基本、最重要的技术是声束合成技术。声束合成技术包括相控阵列发射和接收两个方面,其中通过控制阵列中阵元发射超声波的延迟时间能使声束发生偏转和聚焦,在工件待探测区域内形成较强的声场,并降低工件其它区域的声场强度,从而获得尽可能高的探测分辨率。可见控制超声波信号的发射的时间延迟是声束合成技术的核心。论文在声波基本理论的基础上,分析了阵元的延迟时间精度与声束的相位、声束的偏转精度以及声束聚焦时的焦距等性能的影响。仿真表明阵元的延迟精度越高,声束的合成效果越好。目前常用的超声波信号发射设备结构相对简单,存在输出信号形式单一、波形粗糙、参数精度低,波形参数调整不便等问题,论文研究和设计了以现场可编程门阵列(FPGA)为核心结合高速DA转换的直接数字合成(DDS)系统,并进一步构建了相控阵超声声束发射系统。针对经典ROM查表法DDS产生波形过程中对FPGA存储资源需求量大等缺点,提出了一种利用递归的方法实现超声波信号的发生,该方法结构简单,利用资源量少,能够方便地产生高精度的超声波信号,信号的频率、发射延迟时间等参数均可灵活设置,进而合成不同的声束,提高了相控阵超声检测能力和适用性,满足不同的检测需求。研究选用Altera公司的Cyclone IV系列EP4CE6E22C8作为主控芯片,设计了一套16通道的相控阵超声声束合成系统硬件。该系统能完成16路高精度超声波的发射以及16路回波信号的接收。硬件系统采用模块化设计方法,论文详细介绍了元器件的选型和电路设计,包括FPGA核心控制电路、超声波的发射与回波接收电路、数据接口电路和系统电源电路等。在系统硬件的基础上,利用Verilog HDL硬件描述语言设计了超声波信号发生、数模转换器驱动、回波信号数据接收、模数转换器驱动等模块的设计,实现了前述超声信号发生方法。对软件系统进行了相关的仿真验证,并在硬件平台上进行了实验测试。最后,分析了仿真与实验测试的结果,验证了论文所述超声信号发生以及接收系统的正确性以及信号发生频率、发射延迟时间等参数的精确性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN791;TB559
【参考文献】
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，本文编号：1335874
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