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、鐵路等領域應用廣泛。相控陣超聲檢測技術具有偏轉、聚焦和動態(tài)掃描特性，可實現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，影響檢測成像質量的重要因素包括超聲陣列單元數、通道間參數一致性、發(fā)射延時精度以及成像算法等，其前端關鍵技術包括波束成形、脈沖發(fā)射、高壓隔離、回波接收處理轉換等。同常規(guī)超聲檢測技術相比，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鍵技術的研究，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，功能模塊參數指標設計，數據、信號在系統(tǒng)中的流動與運算，系統(tǒng)控制結構設計，為后續(xù)程序控制，軟硬件調試提供依據。
　　設計通過對現有單通道超聲收發(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、數據轉換上傳，采用專用多通道波束成形器、模擬前端等芯片實現的系統(tǒng)的集成化、數字化。
　　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試，對硬件參數指標進行了驗證，最后進行了系統(tǒng)整體聯(lián)調。結果表明，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，參數指標大部分符合設計要求，實現了超聲發(fā)射、回波接收處理的目的，具有一