基于DDS和FPGA的數(shù)字式可變脈沖激勵超聲檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、超聲波檢測是鐵路機車車輛零部件及鋼軌無損檢測的主要技術(shù)手段。國內(nèi)外許多鐵路部門都十分重視研發(fā)用于機車車輛零部件及鋼軌無損檢測的超聲波檢測設備。隨著數(shù)字電子技術(shù)和現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測設備由傳統(tǒng)的模擬式設備向數(shù)字式檢測設備發(fā)展。但是現(xiàn)今存在的超聲波檢測設備的激勵脈沖比較單一，多為尖脈沖或方波脈沖，且脈沖的多個參數(shù)無法調(diào)節(jié);對于大多數(shù)便攜式設備，電源電壓幅值較低，致使檢測能力不夠的情況，也沒有采取相應補償措施。基于此，本論文旨在研

2、究和設計以現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)為核心、直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)為技術(shù)手段、輔以高速A/D的數(shù)字式可變脈沖激勵超聲波檢測系統(tǒng)，通過可編程方式控制超聲波激勵信號的產(chǎn)生，以提高超聲檢測系統(tǒng)的檢測能力和適應性，滿足不同檢測應用的需求。
　　本檢測系統(tǒng)采用直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)，通過可編程方式控制超聲波激勵信號的產(chǎn)生，使檢測系統(tǒng)能針對不同檢測需要，靈活設置和選擇激勵信號的波形、重復頻率、脈沖個數(shù)和脈沖寬度。同時，對影響激勵信號

3、性能的參數(shù)（脈沖類型、脈沖個數(shù)、脈沖寬度）進行了實驗性研究，分析了各參數(shù)對激勵信號能量的影響。提出在低激勵電壓條件下，以適當增加激勵脈沖個數(shù)的方式來提高發(fā)射功率，從而提高檢測系統(tǒng)的檢測能力和適應性的新思想。
　　論文以FPGA器件EP2C35F672為核心控制單元，采用模塊化思想完成了檢測系統(tǒng)的硬件電路設計，實現(xiàn)了超聲波發(fā)射接收、程控放大、帶通濾波、高速數(shù)據(jù)采集及人機交互等功能。硬件系統(tǒng)均采用噪聲低、精度高和可靠性高的元器件，同時

4、在設計制作時還采取了多種措施來保障和提高檢測系統(tǒng)的精度和抗干擾能力。
　　采用FPGA開發(fā)軟件QuartusII完成了激勵信號產(chǎn)生、時序控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)采集、緩存等功能模塊的設計與仿真，對軟件設計的有效性進行了驗證。
　　在實驗室采用CSK-IA標準試塊對所設計的數(shù)字式超聲波檢測系統(tǒng)進行了功能測試。結(jié)果表明，多脈沖激勵的方式能夠在較低的激勵電壓下，獲得更強的超聲回波信號，實現(xiàn)工件內(nèi)部更深范圍內(nèi)缺陷的有效檢出。單脈沖激勵方