【摘要】：相控陣超聲檢測技術(shù)是各通道高壓脈沖有一定延時的情況下,打擊相應(yīng)的晶片,從而使聲波在期望點聚焦。為深入研究管道環(huán)焊縫缺陷特性,需要相控陣檢測系統(tǒng)提供完全控制激勵信號參數(shù)和獲得接收回波信號的特性,針對該問題設(shè)計了32個模擬通道,可接入128個晶片,模數(shù)轉(zhuǎn)換率達到125 MSPS的多FPGA的相控陣超聲檢測系統(tǒng)。本文重點研究了脈沖發(fā)射延時、回波數(shù)據(jù)采集、數(shù)字波束合成、缺陷定位等問題。概述了不同的無損檢測方法在不同深度的使用情況,詳細論述了相控陣超聲檢測技術(shù)的原理�；谔筋^加楔塊的聚焦法則,推導(dǎo)了各脈沖的延時。明確了A掃信號用于判斷及定位缺陷的方法,得出對其定位的計算公式。設(shè)計了分離式的總體硬件方案,獲得了單板面積小、調(diào)試工作量小、便于擴展的效果,包括了功能板、主控板、背板。根據(jù)不同的功能,詳細介紹了高壓脈沖發(fā)射電路、高壓電源、選頻放大、通道選擇、可變增益放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、系統(tǒng)核心FPGA、背板連接器等功能單元。通過高壓脈沖發(fā)射實驗,得知脈沖幅值出現(xiàn)飽和、不隨高壓電源變化的原因。在高壓脈沖產(chǎn)生模塊與低壓接收之間連接T/R開關(guān),解決了幅值衰減的問題。使用功率較大的高壓電源并且在其可調(diào)節(jié)端添加運算模塊,實現(xiàn)系統(tǒng)多通道同時工作以及防止上電時損壞高壓脈沖發(fā)射模塊。脈沖產(chǎn)生的小數(shù)倍延時通過流水線的方式,使用了4個有相位差的時鐘,達到了2.5 ns的延時精度。調(diào)用FPGA中LVDS解串IP核,接收回波數(shù)據(jù)。對回波數(shù)據(jù)進行線性插值,同時根據(jù)脈沖的延時方案對各通道的插值數(shù)據(jù)進行存儲,實現(xiàn)數(shù)字波束合成。在DSP Builder中設(shè)計FIR濾波器,結(jié)果顯示合成波束的信噪比提高了9.4 dB。對標準試塊中熱焊區(qū)的缺陷進行定位實驗,得出了定位誤差及影響該誤差的因素。實驗表明系統(tǒng)具有缺陷檢測能力,在深度上缺陷定位的相對誤差為1.7%,能夠滿足工業(yè)無損檢測的要求。
【圖文】：

夠檢測出位于材料表面的缺陷，滲透檢測是根據(jù)毛細作用的原理，在滲透液、顯陷的位置及形態(tài)[5]。由于檢測過程中使用應(yīng)用受到了限制[6]。測是既能檢測出被檢材料的表面的損傷，有渦流檢測[7]、紅外檢測等。渦流檢測是實現(xiàn)自動化、效率高、非接觸等優(yōu)點[9-12]。準確、操作安全等優(yōu)點，應(yīng)用在電力設(shè)備是既能檢測出被檢材料表面的損傷，也能射、射線檢測。聲發(fā)射具有檢測效率高、，但是噪聲干擾較大、信號解釋困難[16-17]線檢測具有缺陷定性比較容易、檢測結(jié)果安全隱患、檢測成本高[18-19]。

超聲技術(shù)的研究現(xiàn)狀由于塑料、金屬等材料具有多樣性，陣系統(tǒng)主要在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用。隨著相合成技術(shù)、換能器等，相控陣系統(tǒng)應(yīng)相控陣超聲設(shè)備是在二十世紀八十年能力低下。相控陣超聲系統(tǒng)的研究開發(fā)、陣列信號處理和波束形成等[32國外一些公司自從 20 世紀 90 年代探傷儀，用于探測高速列車輪軸中的較具代表性的相控陣探傷設(shè)備，強大。如圖 1-2 所示的型號為 Omni孔徑數(shù)為 32，晶片數(shù)量 128 個，，脈沖 2.5 ns。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH878.2

【參考文獻】

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本文編號：2678365