【摘 要】
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超声相控阵检测技术是近年来无损检测领域研究的热点之一,可实现在不移动或少移动换能器的情况下对机械结构及材料的损伤进行高速、全方位多角度的快速扫查,是解决结构损伤检测
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超声相控阵检测技术是近年来无损检测领域研究的热点之一,可实现在不移动或少移动换能器的情况下对机械结构及材料的损伤进行高速、全方位多角度的快速扫查,是解决结构损伤检测可达性差和空间限制问题的有效手段。国内研究大多局限于声场理论的探讨和对国外产品的仿制,缺少新的检测技术、检测方法以及检测系统设计方面的研究。在超声相控阵接收装置方面几乎都未考虑等强度控制。同时,国内现有的接收装置都是采用上位机进行算法运算,下位机执行相应控制指令,上下位机通过总线进行通信的设计方式。这种方式的缺点是成本高、系统庞大、集成度低,便携性和实时性较差。
本文对超声相控阵检测系统接收装置进行了以下研究:第一,介绍了超声相控阵检测原理及其关键技术,以及超声波传播过程中的衰减规律;第二,重点对超声相控阵延时接收算法与等强度接收算法进行了详细分析,建立相应的数学模型,将DSP Builder软件应用到算法的实现当中,编写了延时接收算法和等强度接收算法的VHDL语言程序,并通过实验数据验证了程序的正确性;第三,设计了8通道超声相控阵检测系统接收装置的各部分硬件电路,制作了接收装置数据采集卡;第四,以QuartusⅡ软件为开发平台,选择A1tera公司CycloneⅡ系列FPGA芯片作为装置的主控芯片,采用模块化设计方式运用VHDL语言设计和编写了接收装置各部分控制程序,并进行了时序与功能仿真,将延时接收算法程序和等强度接收算法程序与系统各部分控制程序下载至一块FPGA芯片中,实现算法与控制的单片集成,脱离了上位机,大大地缩小装置总体积,提高便携性和运算速率。
最后,通过示波器、信号发生器、PC机等工具测试了整个接收装置,证明其工作良好,设计达到了预期效果,为进一步深入研究打下了良好的基础。
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