论文摘要
超声无损检测技术是五大常规无损检测技术之一,由于具有被测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确及成本低等诸多优点,已成为国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种检测技术。在中厚层钢板的无损检测中,更是具有非同一般的意义。随着国民经济的发展以及对优质钢材需求量的剧增,检测技术和手段也迫切需要更新与提高。本课题研究的超声自动探伤车系统,是在分析了当前各种探伤仪器优缺点的基础上提出的。完全继承了大型固定检测设备和小型便携式检测设备的优点,具有使用方便、自动化程度高、适合现场检测等诸多优点。本文依据缺陷回波法原理,设计了数据采集和控制系统,并主要针对FPGA的逻辑设计和采集卡的结构进行了必要的数据采集实验和相关测试,改进了采集卡的性能。本文完成的主要工作1.设计了探伤车的机械结构装置,如转向装置、电机驱动装置、车轮传动装置等。2.设计了八通道超声探伤数据采集卡,包括超声波发射电路、通道选择电路、动态增益放大电路、带通滤波电路、高速A/D转换电路、控制电路、数据通信接口电路等,具有较好的实用价值。3.使用Verilog HDL语言编写了FPGA芯片XC2S100的软件代码,实现了采集卡的探伤时序和数据处理功能。主要模块包括:控制字存储、DAC曲线数据存储、窄脉冲宽度控制、采样延迟和宽度控制、译码多通道选择、数据缓存、平均分段、最值提取、DAC缺陷判别等。4.设计了探伤车控制系统电路板,包括稳压电源电路、惯性导航电路、光电编码盘调理电路、直流电机驱动电路、核心控制电路、数据通信接口电路等。5.编写了数据采集和控制系统主控单片机的软件代码,以及Labview上位机人机交互界面。6.依据系统设计要求,进行了必要的数据采集实验和相关测试。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 现代超声无损检测技术的发展及应用1.1.1 UNDT 技术发展1.1.2 UNDT 技术的应用领域1.2 超声波探伤仪器的发展现状1.3 本系统的工作原理及研究意义1.4 课题研究的主要工作和目的第二章 探伤车机械结构的设计2.1 转向装置2.2 电机的选择2.3 电池的选择2.4 边缘探测器的选择2.5 光电编码盘的选择2.6 水箱水位报警装置2.7 车轮驱动方式的选择2.8 探伤车传动结构2.9 探伤车整体结构第三章 超声探伤数据采集卡的设计3.1 超声波探伤方法3.2 采集卡的硬件构成3.3 超声探头的选择3.4 超声波发射电路3.5 限幅电路3.6 缓冲电路3.7 多通道选择电路3.8 动态增益放大电路3.9 可选带通滤波电路3.10 检波电路3.11 模数转换电路3.12 系统控制电路3.13 串行通信接口电路第四章 FPGA 探伤时序与缺陷判断功能的实现4.1 FPGA 逻辑功能的整体构思4.2 控制字存储模块4.3 DAC 曲线数据存储模块4.4 译码多通道选择模块4.5 窄脉冲宽度控制模块4.6 采样延迟与宽度控制模块4.7 回波数据压缩算法的硬件实现4.7.1 数据平均分段模块4.7.2 最值提取模块4.8 DAC 缺陷自动判断模块4.9 FPGA 布局布线后的时序仿真4.10 FPGA 设计总结第五章 探伤车控制系统的设计5.1 稳压电源电路5.2 惯性导航电路5.3 光电编码盘调理电路5.4 接近开关调理电路5.5 直流电机驱动电路5.6 核心控制电路5.7 无线通信模块第六章 系统的软件设计6.1 采集卡MCU 的软件设计6.2 探伤车控制系统MCU 的软件设计6.2.1 PID 控制算法6.2.2 控制系统MCU 的软件设计6.3 上位机软件设计第七章 实验数据及理论分析7.1 探伤车直线度行驶的分析7.1.1 角速度传感器与AD 转换精度7.1.2 PID 控制参数的整定7.2 DAC 拟和曲线的生成7.3 缺陷坐标信息在上位机的处理7.4 实验与数据分析7.4.1 上位机软件功能验证实验7.4.2 数据采集实验7.4.3 采集卡模拟电路测试第八章 全文总结和工作展望参考文献发表论文和参加科研情况说明致谢
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