数字化超声波探伤仪控制系统的设计与实现

论文摘要

超声检测是无损检测领域中的一种非常重要的方法,已被广泛地应用于在线质量控制、在役设备和关键零部件的安全检测之中。超声检测的数字化已经成为超声检测仪器发展的必然趋势。论文借助脉冲反射式超声波探伤的基本原理,设计开发了一种基于“单片机+CPLD体系结构”的数字化超声波探伤仪控制系统,有效地克服了单纯以单片机为控制核心和单纯以CPLD为控制核心的系统的缺点,并且把二者的长处最大限度地发挥出来,切合了数字化超声波探伤仪要求具备软硬件现场可编程、可靠性高、功耗低、保密性高、体积重量小等优点。在开发过程中,作者借鉴了许多的成熟经验和技术,经过了模块设计、模块调试、系统集成、系统调试的反复研发过程,克服了一系列实际问题。实验结果表明,该系统运行稳定,控制可靠。论文的主要内容如下:①对单片机和CPLD的性能特点进行了分析,给出了基于“单片机+CPLD体系结构”的控制系统设计方案。②在CPLD中实现了51单片机与CPLD以总线方式进行通信的逻辑接口设计。③在CPLD中实现了超声波无损探伤仪发射电路的触发脉冲宽度可调功能并给出了设计原理图和实验仿真结果。④通过单片机和CPLD对数据储存器的控制切换实现了A/D采样数据的存取操作功能,并给出了设计原理图和实验仿真结果。⑤人机交互界面的设计与实现。⑥给出了超生回波信号处理方法以及结果显示。在本文的最后,作者对设计工作进行了总结,并对超声波探伤仪进行了一些技术上的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 超声波检测概述
• 1.2 超声检测的历史及国内外研究现状
• 1.2.1 超声检测的历史
• 1.2.2 超声检测技术的研究现状
• 1.3 本课题研究的意义和内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 超声检测系统及其工作原理
• 2.1 超声检测原理及方法
• 2.1.1 脉冲反射法
• 2.1.2 脉冲透射法
• 2.1.3 共振法
• 2.1.4 超声检测仪显示系统分类及其原理
• 2.2 A 型脉冲反射式超声波探伤仪的基本原理
• 3 超声检测控制系统方案设计
• 3.1 控制系统解决方案
• 3.2 单片机选型
• 3.3 可编程逻辑器件选型
• 3.2.1 Altera 系列CPLD 介绍
• 3.2.2 JTAG 接口
• 3.2.3 CPLD 开发流程
• 3.4 控制系统软/硬件基本构成
• 3.4.1 系统硬件电路结构框图
• 3.4.2 系统软件结构框图
• 4 控制系统功能模块的设计与实现
• 4.1 总线接口逻辑设计
• 4.1.1 接口设计思想
• 4.1.2 总线接口设计
• 4.2 超声波发射电路触发脉冲模块
• 4.2.1 宽带窄脉冲超声波产生原理
• 4.2.2 触发脉冲逻辑电路的设计与实现
• 4.3 数据采集存储模块
• 4.3.1 采样频率和缓冲容量的确定
• 4.3.2 数据采集存储系统硬件电路设计
• 4.3.3 采样存储逻辑电路的设计与实现
• 4.4 液晶显示模块
• 4.4.1 液晶显示模块硬件电路设计
• 4.4.2 液晶显示模块逻辑电路的设计与实现
• 4.4.3 液晶模块显示界面设计与实现
• 4.5 键盘接口模块
• 4.5.1 键盘接设计
• 4.5.2 键盘接口方式选择
• 4.6 系统软件总流程图
• 5 超声回波信号处理和结果显示
• 5.1 基于迭加算法的超声回波消噪
• 5.2 基于滑动能量窗的回波包络提取
• 5.3 液晶显示及缺陷定位程序设计
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录