16通道超聲相控陣系統(tǒng)的AFE研究.pdf

1、超聲波檢測作為一種非侵入性檢測方法在核工業(yè)、航空航天、鐵路等領(lǐng)域應用廣泛。相控陣超聲檢測技術(shù)具有偏轉(zhuǎn)、聚焦和動態(tài)掃描特性，可實現(xiàn)對檢測目標的定點聚焦、動態(tài)聚焦，二維成像以及三維成像。在相控陣超聲系統(tǒng)中，影響檢測成像質(zhì)量的重要因素包括超聲陣列單元數(shù)、通道間參數(shù)一致性、發(fā)射延時精度以及成像算法等，其前端關(guān)鍵技術(shù)包括波束成形、脈沖發(fā)射、高壓隔離、回波接收處理轉(zhuǎn)換等。同常規(guī)超聲檢測技術(shù)相比，相控陣超聲檢測系統(tǒng)具有發(fā)射能量強、檢測范圍廣、靈敏度高

2、、自動化程度高等特點。
　　基于對相控陣超聲關(guān)鍵技術(shù)的研究，本文設計了用于無損檢測的16通道超聲相控陣硬件的AFE(Analog front end)架構(gòu)以及詳細設計方案。完成了系統(tǒng)各層次功能模塊詳細設計，功能模塊參數(shù)指標設計，數(shù)據(jù)、信號在系統(tǒng)中的流動與運算，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)設計，為后續(xù)程序控制，軟硬件調(diào)試提供依據(jù)。
　　設計通過對現(xiàn)有單通道超聲收發(fā)電路進行研究，深入地理解其工作原理，在其基礎上進行一些數(shù)字化、模塊化嘗試。最終采

3、用FPGA進行系統(tǒng)通信、功能模塊控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上傳，采用專用多通道波束成形器、模擬前端等芯片實現(xiàn)的系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化。
　　設計對基于FPGA的軟件程序進行了仿真驗證，對軟件控制效果進行了實際測量，對硬件電路部分各功能模塊進行了實際調(diào)試，對硬件參數(shù)指標進行了驗證，最后進行了系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)。結(jié)果表明，系統(tǒng)軟件部分達到了預定的控制、測量效果，各硬件功能模塊正常運行，參數(shù)指標大部分符合設計要求，實現(xiàn)了超聲發(fā)射、回波接收處理的目的，具有一