基于AD9106的高集成度32通道UPA發(fā)射系統(tǒng)研制.pdf

1、超聲相控陣（Ultrasonic PhasedArray, UPA）檢測技術(shù)利用多個不同形狀的陣元換能器發(fā)射和接收超聲波束，通過改變各激發(fā)（或接收）陣元信號的延時時間，從而控制聲波到達(dá)（或來自）構(gòu)件內(nèi)損傷的相位關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)聲束方向和焦點的變化，最后利用電子掃描為主，機(jī)械掃描為輔的方法實現(xiàn)構(gòu)件內(nèi)損傷成像，具有檢測靈活性高，可動態(tài)聚焦、檢測復(fù)雜形狀物體中的損傷，對缺陷定位精準(zhǔn)等優(yōu)點在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域越發(fā)顯示出其優(yōu)越性。然而，現(xiàn)有的UPA檢

2、測設(shè)備通常是利用單芯片制作單通道再擴(kuò)展成多通道系統(tǒng)，造成系統(tǒng)龐大不易攜帶，集成度低，維護(hù)困難等諸多不便。
　　本文基于FPGA(Field Programmable Gate Array)片上系統(tǒng)技術(shù)，系統(tǒng)性地設(shè)計時序控制模塊與延時算法模塊（該系統(tǒng)采取粗延時加細(xì)延時配合的方案對發(fā)射進(jìn)行延時，達(dá)到延時值精確任意可調(diào)），選用ADI公司最新推出的AD9106(該芯片為高性能，高集成度的四通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單芯片尺寸僅有5mm×5mm)構(gòu)建

3、UPA發(fā)射系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用SPI總線，極大的減少了數(shù)據(jù)總線，地址總線和控制總線，釋放了片上系統(tǒng)的I/O端口資源。同時配套設(shè)計制作高速發(fā)射/接收切換開關(guān)，從而實現(xiàn)多陣元的自發(fā)自收，極大地降低系統(tǒng)中發(fā)射和接收硬件模塊的復(fù)雜性和外形尺寸，同時抑制激發(fā)模塊的高壓發(fā)送脈沖。最終研制成功了單板尺寸僅有20cm×12cm的32通道UPA激發(fā)系統(tǒng)。此UPA發(fā)射系統(tǒng)具有集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、功耗低、安全性高等諸多優(yōu)點。
　　最后基于自制的

4、32通道UPA激發(fā)系統(tǒng)和構(gòu)建的FPGA片上控制系統(tǒng)為平臺進(jìn)行一系列的性能實驗驗證。實驗結(jié)果證實，該系統(tǒng)可配置為任意復(fù)雜波形發(fā)射;激發(fā)系統(tǒng)的最高發(fā)射信號頻率可達(dá)到7.03MHz(商用OLYMPUS DMTA041 UPA儀器的工作頻率為5 MHz)，有望檢測金屬中缺陷的最小尺度為0.1mm;激發(fā)信號峰峰值可在2V～20V可調(diào);經(jīng)大量實驗數(shù)據(jù)分析該激發(fā)系統(tǒng)信號非線性失真系數(shù)低于0.02％;基于系統(tǒng)150MHzD/A轉(zhuǎn)換時鐘粗延時分辨率可達(dá)6