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

1、超聲波檢測(cè)是鐵路機(jī)車車輛零部件及鋼軌無損檢測(cè)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(jī)車車輛零部件及鋼軌無損檢測(cè)的超聲波檢測(cè)設(shè)備。隨著數(shù)字電子技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測(cè)設(shè)備由傳統(tǒng)的模擬式設(shè)備向數(shù)字式檢測(cè)設(shè)備發(fā)展。但是現(xiàn)今存在的超聲波檢測(cè)設(shè)備的激勵(lì)脈沖比較單一，多為尖脈沖或方波脈沖，且脈沖的多個(gè)參數(shù)無法調(diào)節(jié);對(duì)于大多數(shù)便攜式設(shè)備，電源電壓幅值較低，致使檢測(cè)能力不夠的情況，也沒有采取相應(yīng)補(bǔ)償措施?；诖耍菊撐闹荚谘?/p>

2、究和設(shè)計(jì)以現(xiàn)場(chǎng)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(lì)超聲波檢測(cè)系統(tǒng)，通過可編程方式控制超聲波激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生，以提高超聲檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)能力和適應(yīng)性，滿足不同檢測(cè)應(yīng)用的需求。
　　本檢測(cè)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(lì)信號(hào)的產(chǎn)生，使檢測(cè)系統(tǒng)能針對(duì)不同檢測(cè)需要，靈活設(shè)置和選擇激勵(lì)信號(hào)的波形、重復(fù)頻率、脈沖個(gè)數(shù)和脈沖寬度。同時(shí)，對(duì)影響激勵(lì)信號(hào)

3、性能的參數(shù)（脈沖類型、脈沖個(gè)數(shù)、脈沖寬度）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性研究，分析了各參數(shù)對(duì)激勵(lì)信號(hào)能量的影響。提出在低激勵(lì)電壓條件下，以適當(dāng)增加激勵(lì)脈沖個(gè)數(shù)的方式來提高發(fā)射功率，從而提高檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)能力和適應(yīng)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(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，實(shí)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(jī)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(shí)

4、在設(shè)計(jì)制作時(shí)還采取了多種措施來保障和提高檢測(cè)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(lì)信號(hào)產(chǎn)生、時(shí)序控制、邏輯控制、數(shù)據(jù)采集、緩存等功能模塊的設(shè)計(jì)與仿真，對(duì)軟件設(shè)計(jì)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　在實(shí)驗(yàn)室采用CSK-IA標(biāo)準(zhǔn)試塊對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字式超聲波檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了功能測(cè)試。結(jié)果表明，多脈沖激勵(lì)的方式能夠在較低的激勵(lì)電壓下，獲得更強(qiáng)的超聲回波信號(hào)，實(shí)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(lì)方