用于管道环焊缝缺陷检测的超声相控阵系统

传统超声探伤只能定点聚焦,影响管道环焊缝缺陷检测自动化水平的提高.为此引入超声相控阵技术.本文设计用于管道环焊缝缺陷检测的便携式超声相控阵系统.文章首先介绍系统的构成,然后分析单声束通道的硬件结构及其信号处理过程,实现对探头各阵元发射或接收相位的精确控制.试验表明该系统具有良好的超声发射和回波合成能力.     

基于DSP与DDS的数字正交调制器

基于DDS的数字正交调制方案以AD9857为核心实现.阐述了基于DDS的数字正交调制器硬件电路的实现原理与方法,开发了基于DDS的8通道并行数字正交调制系统.实现了PC机与8通道数字正交调制器的高速数据交换,开发了基于EZ-USB FX2的USB2.0数据传输系统,降低了PC机与数字信号处理系统间的电磁干扰,提高了信号处理系统内部数据传输速度及硬件系统的可靠性.     

基于Zynq-7000片上系统的多通道移相控制器设计

针对相控阵成像系统中由于接收单元通道数目增多带来的移相控制结构复杂的问题,以片上系统芯片Zynq-7000为平台设计了一种多通道移相控制器。在Zynq-7000的处理系统部分移植linux操作系统,通过以太网实现移相控制器与上位机的通信,完成相位数据和系统相关配置信息的传输;在可编程逻辑部分设计电压控制模块,完成对子阵单元16路移相器通道工作电压的配置输出和同步相位调节,实现成像系统对一定近场区域范围的波束合成与波束扫描。该方案简化了接口设计和整体硬件结构,具有小型化、低功耗的优势。     

小型超声相控阵检测系统的研制

以研制便携式超声相控阵检测仪为目标,概述超声相控阵原理及检测系统的工作机理和系统组成。设计高度集成的高压脉冲发射模块、信号接收及处理模块、通道切换模块。研制了单输入、包含正负高压的多路输出电源模块。对系统小型化、数字化进行重点研究。研究表明,系统除了具有传统超声相控阵检测系统的特点外,体积更小,使用更方便。     

超声相控阵波束成形的研究与实现

针对超声相控阵成像中的波束合成问题,研究了现有的波束成形技术,并对比了标准相控聚焦和动态深度聚焦的差异,据此设计了一种超声相控阵波束成形器,实现了实时波束成形、动态深度聚焦、幅度加权等功能,具有实时性强、延迟分辨率高、控制灵活方便等特点.     

基于FPGA和以太网的超声相控阵发射系统研究

为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控发射和高速实时的数据传输,设计了一种超声相控阵发射系统。分析了超声相控聚焦原理以及UDP通信协议,利用FPGA和以太网实现了数据的高速传输和32通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了高压脉冲发射电路来驱动超声换能器。实验表明,该系统可以高速实时传输数据,实现了相控聚焦发射并且延时精度达到了1.25 ns,发射信号稳定,可以应用于水下物体的实时成像的实现。     

模块化嵌入式波束形成器的实现

介绍了一种嵌入式波束形成器硬件模块的实现方法.以TMS320C6201作为嵌入式波束形成器的硬件实现平台,讨论了时域嵌入式波束形成器的结构、算法并结合TMS320C6201的硬件条件优化数据搬移流程处理等问题,给出波束形成器的TMS320C6201 EVM仿真结果.     

双基多普勒天气雷达信号采集方法研究

介绍了基于工业控制计算机实现的双基地多普勒天气雷达单站接收系统,针对现有系统存在的弱回波检测能力差、旁瓣干扰大等问题,提出采用多组高增益、窄波束、多通道信号采集方案,并利用TCP/IP网络协议,实现雷达信号处理数据的实时传输.     

基于超声波的手势识别设备的研究

设计了一套基于主动超声技术的低成本、低功耗的手势识别装置,可以用来实现无接触式的人机交互。采用STM32为主控核心,发射超声波并使用4通道超声性能稳定的麦克风接收经过物体反射后的回波信号。在单片机内使用改进的过零检测法估算回波频率,并将回波的频率和幅值作为手势识别的特征,使用USB或串口传输至上位机。经验证,特征信息可反映用户手在垂直方向和水平方向的运动。     

基于FPGA的超声相控阵相控发射系统的研究

相控阵超声发射波束形成的关键环节是对各阵元发射相位延时进行精确控制,文中研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现超声相控延时算法和相位延时控制集成的相控发射系统.分析了超声相控阵系统中线性阵列换能器相控聚焦延时算法,完成了相控聚焦算法设计并通过实验进行了验证;相控延时控制部分以数字波形发射技术为基础,研究了基于系统时钟的相控发射粗延时,延时分辨率可达15 ns;以及基于数字波形相位差的相控细延时,可达到0.35°的相位分辨率,对应250 kHz发射信号下3.75 ns的相位延时.     

A Parametric Study of Beam Steering for Ultrasonic Linear Phased Array Transducer

All the parameters of a linear phased array may affect the performance and cost of the ultrasonic inspection system. The characteristic of the acoustic field for an array transducer is the most important factor whether the echo information of the inspected area in a specimen can be obtained and utilized effectively, and it is the main basis of designing a phased array. A mathematical model was presented to simulate the characteristic of an acoustic field radiated from an ultrasonic linear phased array on the basis of Huygens' principle. Based on the model, the beam directivity function can be obtained, and the effects of inter-element spacing, number of elements, element width, and transducer center frequency on beam directivity and steerability in a linear phased array transducer are systematically discussed.     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

超声波传输时间精密测量方法及应用研究

根据超声波回波信号是一个变幅周期性信号这一特点,提出一种用数字细分来精密测量超声波传输时间的方法,阐明了超声波换能器驱动电路原理及利用FPGA电路和高分辨率A/D电路通过高频采样来实现这一方法的原理,并采用该方法和电路设计了超声波流量计。指出超声波传输时间测量的分辨率取决于超声波信号的频率和A/D电路的分辨率,为保证测量精度,应尽可能采用较高的采样频率。超声波传输时间的测量综合了全部回波信号采样数据,有很好的可靠性和很强的抗干扰能力。     

超声回波门参数数字化控制方法的研究与实现

提出一种基于CPLD的16通道超声回波门参数的数字化控制方法。当选用1 MHz时钟,门前沿、门宽控制范围为0～63μs,精度为±1μs,可满足大部分工程应用。该方法为大型多通道超声检测系统中回波门参数的数字化控制提供一种基础平台,简化了电路设计、布线、焊接和调试等,从本质上解决了模拟法控制精度低、稳定性差和操作不方便等缺点,还从本质上解决了基于专用集成C/T法集成度低,不宜用于大型多通道检测系统的缺点。     

管道导波时反聚焦检测系统的设计与实现

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上,设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列,并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间-空间聚焦的时反聚焦检测系统.该系统实现的关键技术为:改进DDS( direct digital synthesis)结构,实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射;采用脉冲方式,实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路;通过时反聚焦检测过程,实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间-空间聚焦.采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验,其结果表明,对于所用的含缺陷的管道而言,在特定的检测条件下,缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246％,并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性,提高了回波信号的信噪比.     

[制造与维修工艺]基于相控阵的高速铁路钢轨超声探伤检测系统

针对现有车载自动探伤设备检测可靠性偏低、误报率高,存在漏报隐患,难以满足高铁工程技术发展和建设规划需求的现状,提出了一种新型钢轨超声探伤检测系统。研发了高速记录多通道数字探伤仪,用于实现钢轨高速检测条件下全波形数据的实时采集,采用相控阵超声系统检测钢轨焊接接头。通过试验验证了该系统的有效性。研究结果表明,该系统可进行高速探伤数据的采集,实现实时探伤、记录和智能化数据分析。     

基于C8051F320单片机的超声波测距仪

介绍了USB(通用串行总线,Universal Serial Bus)型单片机C8051F320和相应的集成开发环境,详细论述了超声波测距仪从系统的整体结构设计到发射与接收部分电路的实现以及软件设计的整个过程.为了提高测量精度,采取了温度补偿、增大发射功率、回波捕捉等措施.系统充分利用C8051F320的功能模块和片内资源,实现了温度和距离的测量、输入信号的采集和USB总线传输,可在VC编制的界面平台上控制单片机及实时显示数据处理结果.该超声波测距仪符合USB2.0规范并采用USB总线供电模式,无需外接电源,支持即插即用.经测试该系统能有效提高测距精度,有望得到进一步应用.     

基于FPGA技术的新型相控阵驱动电路

近年来,结构损伤中超声相控阵检测技术正逐渐成为国际无损检测领域的研究热点之一.由于目前超声相控阵驱动电路中大多采用脉冲信号的激励方式,驱动信号的强度难以控制,缺陷处回波的有效信号不够突出,使得相控阵检测的分辨率较低.针对这一问题,提出了一种基于FPGA技术的新型超声相控阵驱动电路,该驱动电路利用FPGA片上丰富的逻辑资源以及其编程的灵活性,实现了任意波形信号的激励,并且依据超声波在材料中的衰减规律,通过在片上构建强度控制算法实现了缺陷处应力波等强度的目的,从而提高了缺陷检测的分辨率和信噪比.系统主要包括激励信号生成模块、强度程序控制模块以及高频功放模块.最终通过实验,验证了系统的可行性.     

基于超声相控阵技术的粘接性能检测研究

介绍超声相控阵技术的基本原理、特点及换能器的分类。通过研制的超声相控阵检测系统对复合材料的粘接性能实现检测,说明了超声相控阵技术在检测复合材料粘接性能上的应用及前景。