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《东南大学》 2017年
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超声相控阵数字控制系统的设计

廖振星  
【摘要】:超声相控阵检测是无损检测领域的高级检测技术和研究热点,在工业中得到了广泛应用。而数字控制系统是超声相控阵仪器的控制核心,它功能的完善和性能的提升可促进仪器进一步朝便携化、数字化与多通道化发展。本论文设计了基于FPGA的16通道超声相控阵数字控制系统,并着重研究了声束形成、高速实时数据存储与传输等关键技术,最后给出了缺陷的探测成像图。主要工作和成果如下:1.超声相控阵核心原理的研究。研究了超声相控阵的声场理论和检测原理,包括相控阵系统的发射和接收原理、延时控制法则和误差,同时探讨了多种由简到难的扫查方式的原理及实现方法,以及系统特性的影响因素。2.数字系统总体方案的设计。在分析系统需求的基础上,提出了一套支持16通道、64阵元的超声相控阵数字控制系统的设计方案,并对主控器FPGA进行选型和功能模块划分,同时考虑了数字系统整体开发调试环境及设计中的跨时钟域处理技巧。3.数字声束形成的设计。研究了超声相控阵数字声束形成方法,在此基础上提出了数字声束形成的关键技术,包括基于1/4相位差法的低复杂度2.5ns精细发射延时设计和基于改进的并行结构CIC滤波的插值抽取接收声束合成算法设计,并对模数转换芯片AD9216进行了数字控制,实验证明该方案能在消耗较少资源的情况下,实现2.5ns高延时精度的声束形成。4.高速实时数据存储与传输的设计。研究并提出了超声相控阵高速实时数据存储传输的实现方案,包括USB3.0传输控制器和DDRII超声存储控制器,实验证明该数据存储与传输方案满足了系统高速存储和传输的需求。5.数字系统的联机测试。在测试数字系统各模块的基础上,联合整个超声系统,给出针对标准B型试块缺陷进行探测的线扫和扇扫成像图。测试证明数字系统已实现预定功能和指标。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB559

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