基于CMOS视频采集卡的管道环焊缝X射线数字检测系统

论文摘要

管道运输,尤其是油气管道运输,对国家的经济发展起到了重要的作用,就像身体不能离开血管一样,国家工业发展也不能离开油气管道。与其他运输方式不同,管道运输受天气等外界因素的干扰较小,可以保证物料风雨无阻的安全运输,但一旦发生安全事故,却往往造成极其重大的经济损失和极其恶劣的伤亡事故。因此管道的安全生产与维护,永远是管道运输的头等大事。管道在其生命的开始到结束经过了不计其数的检测和维护。在管道建设初期,焊缝检测是必不可少的一道工序,我国长期以来对管道焊缝采用X射线胶片照相检测法。在计算机技术高度发展的今天,数字技术已经与X射线无损检测紧密结合起来。数字化检测较之胶片检测具有高效、便捷、环保甚至节约成本的优势。目前国内对数字化油气管道焊缝检测系统的研究并不深入,相关标准也不很成熟。通常都是成套进口高价的外国设备,成本相当可观,因此对X射线数字化实时检测系统的研究有重要意义。针对上述问题,我们研究出了一种针对CMOS图像传感器的高效视频采集卡,并运用于X射线管道环焊缝无损数字检测系统。首先选用合适的CMOS图像传感器和闪烁材料设计出了X光相机面板,完成了X光到可见光再到模拟电信号的转换。再根据传感器特性设计了基于ARM与CPLD的视频采集卡。视频采集卡是一个嵌入式系统,在硬件上,使用了NXP公司生产的基于ARM7核心的LPC2378微处理器和Altera公司的EPM7256AE型CPLD;软件上,使用μC/OS-Ⅱ作为单片机软件的操作系统,还使用了开源的轻量级协议栈LwIP作为与电脑间通信的网络协议模块。视频采集卡实现了面板采集模拟电信号的数字转换;数据用TCP/IP协议传送到远端PC机,可保证野外作业无铅房防护工作人员的人身安全。PC终端的图像处理模块根据采集卡数据实时成像,成像效果可达B级无损探伤胶片标准。视频采集卡同时控制环形轨道爬行机构的周向运动,拍摄与爬行相互协调,实现了对管道环焊缝地灵活检测。该系统适合恶劣工况、性能稳定、操作简便,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 油气管道运输业的发展
• 1.1.2 油气管道安全问题的研究
• 1.1.3 油气管道安全检测技术的研究
• 1.1.4 油气管道环焊缝缺陷引起的重大事故
• 1.2 X 射线无损检测技术的发展状况
• 1.2.1 X 射线无损检测技术的发展
• 1.2.2 CMOS 与CCD 检测技术的比较
• 1.3 研究的目的及意义
• 1.4 研究的主要内容
• 第二章 X 射线管道焊逢实时成像系统及其工作原理
• 2.1 X 射线管道环焊缝检测方法介绍
• 2.2 基于CMOS 视频采集卡的X 射线成像系统的整体框架
• 2.3 系统软件架构
• 2.4 X 射线实时成像系统研究中的关键技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 RadEye100 CMOS 相机面板模块设计
• 3.1 工业X 射线图像传感器的比较
• 3.2 RadEye100 图像传感器介绍
• 3.3 利用碘化铯闪烁材料制造X 射线相机面板
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于ARM 和CPLD 视频采集卡的设计
• 4.1 硬件系统概述
• 4.2 数据采集电路模块
• 4.3 乒乓RAM 模块
• 4.3.1 乒乓RAM 概述
• 4.3.2 芯片选型
• 4.3.3 乒乓RAM 设计
• 4.4 CPLD 控制模块的设计
• 4.4.1 CPLD 概述
• 4.4.2 功能描述及管脚图
• 4.4.3 信号描述
• 4.4.4 系统模块划分
• 4.4.5 模块接口设计
• 4.5 ARM 控制模块的设计
• 4.5.1 ARM 微处理器简介
• 4.5.2 ARM 控制模块相关电路设计
• 4.5.3 ARM 的GPIO 设置
• 4.5.4 以太网通信模块
• 4.6 基于μC/OS-II 的嵌入式系统软件设计
• 4.6.1 μC/OS-Ⅱ简介
• 4.6.2 LwIP 简介
• 4.6.3 应用程序设计及优化
• 4.7 本章小结
• 第五章 图像处理软件与系统实验
• 5.1 图像处理与用户终端模块简介
• 5.1.1 软件的设计理念
• 5.1.2 拍摄参数设置
• 5.1.3 降噪处理
• 5.1.4 图像拼接
• 5.2 系统现场拍摄试验
• 5.2.1 现场试验
• 5.2.2 X 射线焊缝检测成像标准
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 致谢