基于DSP的超声波检测仪的设计

论文摘要

在工业部门中,各种机器和设备运行是否稳定,直接影响到企业的经济效益,一些关键性的设备甚至起着决定企业命运的作用。因此,如何避免设备发生故障,一直以来都是人们极为重视的问题。为了检测设备的运行状态,本课题设计了一种结构简单、精度和实时性高、检测时无需拆卸设备、高速低噪声的利用旋转机械发出的超声波来检测机械故障的超声波检测仪。本设计采用高速、低噪声的放大器LMC6482设计了前置放大器和带通滤波器,对超声波探头采集到的信号进行放大和滤波处理,并设计了IIR数字滤波程序;设计了超声包络检波降频电路,将超声信号降频转换为人耳能听到的声音;使用线性稳压器LP2985ITP-5.0作为系统的电源控制部分,大大提高了系统工作电压的稳定性,保证了信号采集系统的正常运行;选用10位并行模数转换器TLV1571,完成超声信号的高速采集,最大采集频率达625KHz;并通过DSP的UART设计了RS232接口。其硬件模块具体包括通过Proteus和Multisim 10电子电路仿真软件设计的信号放大器、带通滤波和包络检波电路;使用LabVIEW编程环境开发上位机程序。实验结果显示该系统可以有效将采集到的信号转换成数字信号。系统具有体积小、速度快、噪声低、可靠性高、成本低等优点,可广泛应用于基于超声检测的工业领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超声波概述
• 1.2.1 超声波的应用
• 1.3 学术研究的背景
• 1.3.1 旋转机械的故障诊断
• 1.3.2 本课题的研究意义
• 1.4 论文的主要工作和结构安排
• 第2章 声学基础和超声波传感器
• 2.1 概述
• 2.2 声学理论
• 2.2.1 声波动方程
• 2.2.2 超声波的衰减
• 2.2.3 声压级的计算
• 2.3 电声换能器
• 2.3.1 压电陶瓷换能器
• 2.3.2 压电材料和压电效应
• 2.3.3 压电陶瓷的性能参数
• 2.4 超声波传感器
• 2.4.1 空气超声检测
• 2.4.2 超声波传感器工作原理
• 2.4.3 超声波传感器的等效电路
• 2.4.4 超声波传感器的带宽拓宽方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统的硬件设计与软件调试
• 3.1 引言
• 3.2 电磁兼容理论
• 3.3 系统总体设计
• 3.4 系统硬件设计
• 3.4.1 超声探头的拓宽
• 3.4.2 前置放大器
• 3.4.3 带通滤波器
• 3.4.4 放大电路
• 3.4.5 降频电路
• 3.4.6 电源模块的设计
• 3.4.7 微处理器的选择
• 3.4.8 A/D 芯片的选型
• 3.4.9 串行通信芯片的选型
• 3.5 系统的程序调试
• 3.5.1 AD 采集程序的调试
• 3.5.2 IIR 滤波程序的调试
• 3.6 本章小结
• 第4章 软件仿真与实验
• 4.1 电路的软件仿真
• 4.1.1 放大、滤波电路的仿真
• 4.1.2 包络检波电路的仿真
• 4.2 电路的实验室测试
• 4.3 电路的现场测试
• 4.4 数字信号的存储
• 4.4.1 LabVIEW 程序设计
• 4.4.2 发布应用程序
• 4.4.3 MatLAB 数据处理
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介