超聲導(dǎo)波非線性系數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、高速鐵路無縫鋼軌在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的縱向溫度應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過安全門限時(shí)將影響列車運(yùn)行安全。作為一種檢測(cè)無縫鋼軌溫度應(yīng)力的新手段，非線性超聲檢測(cè)技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注。針對(duì)現(xiàn)有通用非線性超聲檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、體積大、不適合現(xiàn)場(chǎng)使用的問題，本文設(shè)計(jì)了一套基于FPGA和單片機(jī)的嵌入式便攜檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波激勵(lì)、接收、信號(hào)處理以及非線性系數(shù)的自動(dòng)計(jì)算。
　　論文首先根據(jù)一維條件下固體介質(zhì)中的非線性超聲波動(dòng)方

2、程，從理論上分析了單一頻率激勵(lì)下二階非線性系數(shù)與基波幅值、二次諧波幅值的函數(shù)關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，確定了適合超聲導(dǎo)波非線性系數(shù)檢測(cè)的超聲導(dǎo)波激勵(lì)波形、激勵(lì)頻率以及超聲換能器，設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)的總體方案。
　　然后針對(duì)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求，完成了超聲發(fā)射電路、超聲接收電路、FPGA和STM32外圍電路等硬件設(shè)計(jì)。針對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)功能，設(shè)計(jì)了FPGA和STM32軟件程序。其中，激勵(lì)波形的高精度合成與接收信號(hào)實(shí)時(shí)采集功能通過FPGA中的硬件描述語言編

3、程實(shí)現(xiàn)，包括DDS模塊、數(shù)據(jù)緩沖模塊和時(shí)鐘管理模塊三個(gè)功能模塊;非線性系數(shù)計(jì)算與人機(jī)接口功能通過STM32中的嵌入式系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)，包括μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)移植、LCD觸摸屏驅(qū)動(dòng)、SD卡存儲(chǔ)、FFT和非線性系數(shù)計(jì)算以及其它相關(guān)應(yīng)用程序。系統(tǒng)功能豐富，集成化程度高，發(fā)射電路可實(shí)現(xiàn)激勵(lì)波形可調(diào)、激勵(lì)頻率可調(diào)、觸發(fā)間隔可調(diào)，以滿足不同檢測(cè)環(huán)境下，對(duì)波形和頻率的要求。接收信號(hào)經(jīng)過調(diào)理之后，可實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲(chǔ)，并能截取接收信號(hào)的任一