基于时间反转法的材料缺陷超声检测系统硬件设计

论文摘要

随着工业生产对检测效率和检测可靠性的要求不断提高,以及对缺陷定性描述等,市场上现有的检测仪器不能完全满足这些指标。因此设计一种应用在工业生产领域的金属材料缺陷检测系统有着深远的意义。20世纪40年代出现的脉冲回波技术与近年来非线性声学和时间反转法的完美结合,为材料缺陷的无损检测提供了新的思路。本文基于这个理论,应用嵌入式等技术设计一种具有产生任意波形和数据采集功能的装置。系统采用意法半导体的STM32作为核心处理器;设计了基于MAX532的任意波形信号发生器,系统的输出采用双通道模式,可以根据需要输出不同频率、不同幅值信号,也可以设置同步输出,异步输出等。利用长尾式差分放大电路进行功率放大,通过精密高速运算放大器LM318调节输出电压;采用压电晶体作为换能器件,使用仪表放大器AD524检测传感器信号;设计了以精密高速运算放大器LM318为核心的有源高通滤波器;设计了基于AD9223的数据采集模块;由于STM32处理器内部集成了USB模块,因此采用USB作为系统的通信接口,与上位机进行通信。在软件设计方面,采用模块化的设计方法,按功能划分包括不断查询系统中断主程序设计、任意信号波形发生的D/A转换程序设计、采集超声回波信号的A/D转换程序设计以及USB数据通信程序设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 课题相关领域发展现状
• 1.2.1 时间反转技术的研究现状
• 1.2.2 兰姆波在材料无损检测上的应用现状
• 1.2.3 材料超声无损检测技术及仪器发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 系统的总体设计
• 2.1 系统设计要求分析
• 2.2 系统设计方案分析
• 2.2.1 控制器及通讯方案
• 2.2.2 任意波形信号发生方案
• 2.2.3 数据采集方案
• 2.3 总体设计方案
• 2.3.1 系统总体结构设计
• 2.3.2 系统工作原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 材料缺陷超声检测系统硬件设计
• 3.1 系统硬件电路结构
• 3.1.1 微控制器及外围接口电路
• 3.1.2 任意波形信号发生及放大电路设计
• 3.1.3 超声信号检测与放大滤波电路设计
• 3.1.4 数据采集电路设计
• 3.1.5 通信接口电路
• 3.1.6 电源电路设计
• 3.2 本章小结
• 第4章 材料缺陷超声检测系统软件设计
• 4.1 Cortex-M3 处理器特性
• 4.2 系统软件整体结构
• 4.2.1 系统初始化
• 4.2.2 系统主程序设计
• 4.2.3 任意波形发生程序设计
• 4.2.4 数据采集程序设计
• 4.2.5 通信接口程序设计
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录1