超聲相控陣數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、超聲相控陣檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的高級(jí)檢測(cè)技術(shù)和研究熱點(diǎn)，在工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。而數(shù)字控制系統(tǒng)是超聲相控陣儀器的控制核心，它功能的完善和性能的提升可促進(jìn)儀器進(jìn)一步朝便攜化、數(shù)字化與多通道化發(fā)展。本論文設(shè)計(jì)了基于FPGA的16通道超聲相控陣數(shù)字控制系統(tǒng)，并著重研究了聲束形成、高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，最后給出了缺陷的探測(cè)成像圖。主要工作和成果如下:
　　1.超聲相控陣核心原理的研究。研究了超聲相控陣的聲場(chǎng)理論和檢測(cè)原理，包括相

2、控陣系統(tǒng)的發(fā)射和接收原理、延時(shí)控制法則和誤差，同時(shí)探討了多種由簡(jiǎn)到難的掃查方式的原理及實(shí)現(xiàn)方法，以及系統(tǒng)特性的影響因素。
　　2.數(shù)字系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)。在分析系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，提出了一套支持16通道、64陣元的超聲相控陣數(shù)字控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)主控器FPGA進(jìn)行選型和功能模塊劃分，同時(shí)考慮了數(shù)字系統(tǒng)整體開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境及設(shè)計(jì)中的跨時(shí)鐘域處理技巧。
　　3.數(shù)字聲束形成的設(shè)計(jì)。研究了超聲相控陣數(shù)字聲束形成方法，在此基礎(chǔ)上提出

3、了數(shù)字聲束形成的關(guān)鍵技術(shù)，包括基于1/4相位差法的低復(fù)雜度2.5ns精細(xì)發(fā)射延時(shí)設(shè)計(jì)和基于改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)CIC濾波的插值抽取接收聲束合成算法設(shè)計(jì)，并對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9216進(jìn)行了數(shù)字控制，實(shí)驗(yàn)證明該方案能在消耗較少資源的情況下，實(shí)現(xiàn)2.5ns高延時(shí)精度的聲束形成。
　　4.高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)。研究并提出了超聲相控陣高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案，包括USB3.0傳輸控制器和DDRⅡ超聲存儲(chǔ)控制器，實(shí)驗(yàn)證明該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳