论文摘要
输油管道缺陷漏磁检测是无损检测领域的重要部分之一,管道的缺陷检测和寿命评估对管道系统的安全运行具有重要意义。高斯计是根据霍尔效应制成的测量磁感应强度的仪器,是一种便捷,精确的磁信号仪器,可用于漏磁、剩磁以及环境磁场的测量当中,具有很大的实际应用价值。高斯计一般由霍尔探头和测量仪表构成。霍尔探头在磁场中因霍尔效应而产生霍尔电压,测出霍尔电压后根据霍尔电压公式和已知的霍尔系数可确定磁感应强度的大小。高斯计的读数一般以高斯或者千高斯为单位。以往的一些高斯计往往把探头和测量仪器分开,这样的设计使模拟信号线相对来说较长,周围的环境容易对测量信号进行较大的干扰,从而使测量结果不准确。本设计将整个模拟电路全部设计在了测量探头当中,大大降低了环境对测量准确度的干扰。而且我在该系统内部加入了数字滤波器来滤除掉干扰信号,更加确保了读数的准确性。不仅如此本设计采用了可调量程的设计方式,使该特斯拉计可以很有针对性地对不同的磁场范围进行测量,使该特斯拉计更加具有灵活性。该高斯计的设计采用了自顶向下的设计理念。即从设计欲实现的目标和要求出发,首先确定整体框架,再逐个深入到细节,逐个克服遇到的困难。最后再将各个模块联结在一起,使系统成为一个整体,从而完成最终的设计。系统的设计主要分为信号采集子系统和界面子系统的设计。信号采集子系统由传感器、放大器、模数转换器和主控芯片组成,实现磁信号的采集、数据处理、调节量程和数据发送等功能。界面子系统选择了体积只有信用卡大小却功能强大的Raspberry Pi (树莓派)作为主要操作系统,由树莓派和与其相连的键盘、鼠标以及显示器组成,负责数据的接收、显示和存储等功能。本文对于信号采集子系统完成了原理图和FPGA内核代码的设计并给出了详细的讲解,给出了编译和综合成功的代码文件,可以直接烧录到电路板中运行。界面子系统虽然没有形成界面,但也提供了可行性分析以及具体实现方案,使其可以满足对应功能的要求。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题的研究背景及意义1.2 国内外研究现状与发展趋势1.2.1 特斯拉计的工作原理及发展现状1.2.2 霍尔效应1.2.3 霍尔传感器的发展及现状1.2.4 放大器的发展及现状1.2.5 模数转换器的发展及现状1.3 本论文所完成的主要工作第2章 整体结构设计2.1 FPGA的功能分析2.2 ARM芯片功能分析2.3 树莓派的介绍2.4 总体设计思路第3章 信号采集系统的搭建3.1 FPGA选型3.2 传感器的选型与外围电路设计3.2.1 传感器选型3.2.2 传感器可行性分析3.2.3 传感器外围电路设计3.3 放大器选型与外围电路设计3.3.1 放大器选型3.3.2 可行性分析3.3.3 放大器外围电路搭建3.4 模数转换器选型与外围电路设计3.4.1 模数转换器选型3.4.2 模数转换器外围电路设计3.5 电源选型3.7 本章小结第4章 信号采集子系统固件设计4.1 信号采集子系统整体构思4.2 放大器与模数转换器转换器固件设计4.2.1 放大器控制字4.2.2 放大器的SPI时钟频率的确定4.2.3 放大器的SPI通讯协议描述4.2.4 模数转换器SPI通讯协议描述4.2.5 模数转换器控制字4.2.6 放大器与模数转换器状态机设计4.3 基于FPGA的FIR低通滤波算法4.3.1 FIR数字滤波器研究4.3.2 本设计FIR低通滤波器设计4.3.3 ISE中IP core研究4.3.4 FIR低通滤波器仿真4.3.5 基于FPGA的FIR低通滤波器实现4.4 乒乓操作设计4.5 VHDL实现命令接受与控制参数的分发（控制协议）4.6 信号采集子系统完成设计及综合4.7 本章小结第5章 交互子系统设计方案研究5.1 UI子系统功能确定5.2 设计界面子系统所用资源5.3 界面子系统设计流程5.4 界面子系统设计可能会遇到的困难和解决方案5.7 本章小结第6章 总结与展望参考文献致谢附录Host模块代码'>1. SPIHost模块代码Slave模块代码'>2. SPISlave模块代码3. Gauss顶层模块代码4. 论文里攻读硕士期间科研成果中参与的项目
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