红外快速检测用采集系统的研制

论文摘要

当今生活中像飞机、船舶、车辆等交通工具和建筑、核能、化工、海洋工程等的主体结构大多是金属,而金属结构的失效形式里,疲劳断裂是一种主要形式。在工程中使用的合金材料越来越多,新的合金也不断涌现,而每一种新的合金的研制都需要多次试验,而对每一次的试样的特性检测都是十分重要的。然而传统的检测疲劳极限的方法费时费力,大大地延长了新材料的研发周期,所以研发一种快速的检测金属疲劳极限的方法,对于新合金材料的研发有十分重要的意义。自二十世纪七十年代初,红外热成像就应用于材料和机械结构的无损检测及评估,随后发展起来的主动式红外无损检测技术引起人们的注意。本文主要针对传统检测金属疲劳极限方法费时费力的缺点以及SCSI-3接口与常规计算机连接不方便的问题,本文以热—力耦合方程为红外图像金属疲劳极限快速检测系统的理论基础,采用CY7C68013芯片作为核心控制和接口传输芯片,设计了USB2.0接口的同相数据采集单元。文中详细地介绍了并分析了热—力耦合方程中各个物理量的意义,简单地阐述了耗散能与频率之间的关系,并介绍了应用该方程实现金属疲劳极限检测的检测方法,以及采用这种方法的同相位数据采集时序。另外,本文还详细地介绍了具有USB2.0接口的同相位数据采集模块的硬件电路的设计,介绍了硬件电路的功能,给出了具体的硬件设计电路图,其中包括：SCSI-3接口电路、USB2.0接口电路、AD转换和滤波电路。并详细的给出了器件参数的计算。在USB软件设计部分,论文详细地说明固件程序设计和上位机应用程序程序设计。所设计的基于USB2.0接口的数据采集单元,满足数据传输的需要,可以实现对数据的快速采集,客户端软件能够及时准确地接收并储存采集模块上传的数据。最后,为了远距离测量大型物体的需要,还设计了结合GPS和GPRS技术,利用CY7C68013为核心的嵌入式无线数据采集系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究目的及意义
• 1.1.1 金属疲劳极限的传统检测方法
• 1.1.2 现状和发展状况
• 1.1.3 常用于传输图像信号的接口
• 1.2 金属疲劳极限检测所存在的问题
• 1.3 本课题的意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 数据传输接口方案的分析
• 2.1 常用于传输图像信号的接口分析对比
• 2.2 USB系统的结构
• 2.3 USB设备构架
• 2.4 USB传输类型
• 2.5 USB2.0接口优势分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 金属疲劳极限检测理论算法和硬件时序分析
• 3.1 检测系统理论基础
• 3.2 绝热条件
• 3.3 能耗提取的理论根据
• 3.4 金属疲劳极限检测的实验方法及硬件数据采集时序分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 数据采集与传输单元硬件设计
• 4.1 检测系统数据采集单元结构
• 4.2 设备及芯片选型
• 4.2.1 红外焦平面摄像机
• 4.2.2 USB接口芯片的功能
• 4.2.3 ADC芯片的选型
• 4.2.4 其它芯片选型
• 4.3 系统各主要模块的设计
• 4.3.1 载荷信号滤波采集电路
• 4.3.2 ADC硬件电路
• 4.3.3 SCSI-3接口电路
• 3.3.4 USB接口电路
• 4.4 本章小结
• 第五章 数据采集系统的固件程序设计
• 5.1 CY7C68013固件程序的设计思想
• 5.2 采集载荷信号程序设计
• 5.3 采集图像信号程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 上位机客户软件程序设计
• 6.1 软件实现的功能
• 6.1.1 软件功能分析
• 6.1.2 程序设计
• 6.2 RS232和USB接口程序设计
• 6.2.1 接口设备的连接程序设计
• 6.2.2 RS232串口控制程序设计
• 6.2.3 USB设备的I/O控制程序设计
• 6.2.4 读写USB数据功能的程序设计
• 6.3 本章小结
• 第七章 远距离测量的实现
• 7.1 系统构成
• 7.1.1 GPS技术
• 7.1.2 GPRS技术
• 7.1.3 模块选定
• 7.2 硬件实现
• 7.3 软件设计
• 7.3.1 终端程序设计
• 7.3.2 服务器软件程序设计
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附件