超聲導波非線性系數檢測系統設計.pdf

1、高速鐵路無縫鋼軌在環(huán)境溫度發(fā)生變化時會產生巨大的縱向溫度應力，當應力超過安全門限時將影響列車運行安全。作為一種檢測無縫鋼軌溫度應力的新手段，非線性超聲檢測技術受到了越來越多的關注。針對現有通用非線性超聲檢測設備結構復雜、價格昂貴、體積大、不適合現場使用的問題，本文設計了一套基于FPGA和單片機的嵌入式便攜檢測系統，可以實現超聲導波激勵、接收、信號處理以及非線性系數的自動計算。
　　論文首先根據一維條件下固體介質中的非線性超聲波動方

2、程，從理論上分析了單一頻率激勵下二階非線性系數與基波幅值、二次諧波幅值的函數關系。以此為基礎，確定了適合超聲導波非線性系數檢測的超聲導波激勵波形、激勵頻率以及超聲換能器，設計了檢測系統的總體方案。
　　然后針對系統技術指標要求，完成了超聲發(fā)射電路、超聲接收電路、FPGA和STM32外圍電路等硬件設計。針對系統檢測功能，設計了FPGA和STM32軟件程序。其中，激勵波形的高精度合成與接收信號實時采集功能通過FPGA中的硬件描述語言編

3、程實現，包括DDS模塊、數據緩沖模塊和時鐘管理模塊三個功能模塊;非線性系數計算與人機接口功能通過STM32中的嵌入式系統編程實現，包括μC/OS-Ⅱ操作系統移植、LCD觸摸屏驅動、SD卡存儲、FFT和非線性系數計算以及其它相關應用程序。系統功能豐富，集成化程度高，發(fā)射電路可實現激勵波形可調、激勵頻率可調、觸發(fā)間隔可調，以滿足不同檢測環(huán)境下，對波形和頻率的要求。接收信號經過調理之后，可實現高精度實時采集、顯示和存儲，并能截取接收信號的任一