基于FPGA的超声波信号处理设计与实现

为了满足超声波探伤检测的实时性需求,通过研究超声波探伤的工作原理,提出了基于FPGA芯片的实时信号处理系统实现方案及硬件结构设计,并根据FPGA逻辑结构模型实现了软件系统的模块化设计。根据实验测试及统计数据得出,基于FPGA芯片的信号处理系统提高了探伤检测的准确性与稳定性,满足了探伤过程中B超显示的实时性要求。

M e s r m en a ue t Con r c n o y an Is r mens tolTe h olg d n tu t

基于 F G的超声波信号处理设计与实现 PA曹淑琴，赵新超，袁开国，曹晨磊 ( .北方工业大学信息工程学院，京 104; 1北 0 142 .北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，京 10 7 )北 0 8 6摘要：为了满足超声波探伤检测的实时性需求，通过研究超声波探伤的工作原理，提出了基于 F G芯片的实时信号处理系统实现方案及硬件结构设计，根据 F G逻辑结构模型实现了软件系 PA并 PA统的模块化设计。据实验测试及统计数据得出，于 F G芯片的信号处理系统提高了探伤检测的根基 PA

准确性与稳定性，足了探伤过程中 B超显示的实时性要求。满

关键词：声波；探伤；F G超 P A;回波处理中图分类号：T 2 4 P 7文献标识码：A

De in a d i lme tto futa o i r c si g s h me b s d o P sg n mp e n ain o l s n c p o e sn c e a e n F GA rC O S u Qn,Z A i ho A h i H O X n C a,YU N K iG o, C O C e e A a u A hn L i ( . colo no t n E g er g N r h a U i ri fT cnlg, e ig 10 4,C i; 1 S ho fIfr i n i e n, o h C i nv sy o eh ooy B in 0 14 hn ma o n i t n e t j a2 Sa e a o t yo e okn n wth gT c nl, e i nvrt o ot ad T l o u i t n, . te K y Lb r o fN t rig ad S i i eh o g B in U ie i fP s n e cmm n ai s t ar w cn o y jg sy s e c o

B in 0 86 hn ) e ig 10 7,C ia jAb ta t I r e o s t f h r a -t e u r me t f u t s n c l w d tc ig td f o e ain l p n i l f u ta s r c: n o d r t ai y t e e l i s me r q i e n s l a o i a

ee t,a su y o p r t a r cp e o l - o r f n o i rs n c l w d tc ig s o i f ee t i a n ma e.T e mp e n ai n c e a d a d r a c i cu e e in f s n l p o e sn s se wi r a— d h i l me t t s h me n h r wa e r ht t r d sg o i a r c s ig y t m t e l o e g h t c p bl y r d sg e b s d n P i me a a i t a e e i d a e o F GA, a d h s f r d sg a o t i n n t e ot e e i n d p s wa mo u a i d p r a h y sn t e o i sr cu a d lrz a p o c b u i g h lgc tu t r l e mo e f F G .E p rme t n sait a a a h w h t t e in l p o e sn y tm a e o P a i r v e a c rc d l o P A xe i n s a d tts c l d t s o t a h sg a r c si g s s i e b s d n F GA c n mp o e t c u a y h

a d sa i t h n u e n l w e e t g n h e u r me t f B-s a ip a t e e l i r c s ig c p bl y c n e n tb l y w e s d i f i a d t ci,a d t e r q i n e ns o c n d s l y wi t r a -t hh me p o e sn a a i t a b ime . t

K y wo d e r s: u t s nc; a ee t g; P l a o i f w d tc i F GA; c o p o e s r l n e h r c s

超声波是指频率高于人耳听觉上限的一种声波，它的频率范围从 2 Hz起，上限可高达 1“。由于超 0k其 0 Hz声波具有方向性集中、减小、透力极强等特点，以衰穿所超声波检测作为无损检测中一个重要的方法已经在国

超图显示的时延过大，屏现象时常发生，就很难满钝这足在探伤过程中对实时性的要求。 为了解决上述设计方案中出现的问题，系统采用本 C co e I yln I系列 F G现场可编程门阵列 )片作为数 P A(芯

据处理核心模块f采用 A, RM芯片作为系统的核心控制器，现了针对回波数据的高速处理。实

防工业、械制造等领域得到广泛应用。它的检测原理机是利用材料本身或内部缺陷的声学特性对超声波传输的影响，破坏性地探测材料内部和表面的缺陷 (裂非如

1系统的整体架构和工作原理为了使方案的描述更为清晰， 1给出了超声波探图伤仪整体设计框图。

纹、泡、杂等 )小、状和分布状况及测定材料的气夹大形性质¨。超声波探头的发射频率一般为 2MHz 4MHz】~。目前，声波探伤仪作为探伤的一种工具，经取超已得了飞速发展。参考文献[—】讨论了目前比较常见 2 5等探伤仪的设计方案，中多以单片机作为系统的核心控其制器，S D P或 C L作为系统的数据处理单元，此类设 PD

探伤仪系统的工作原理可描述为：系统初始化后， A RM向 F G信号处理模块发送通道选通及高压生成 PA控制信号，通过指令转换发送至模拟电路控制单元，然后由模拟电路控制单元控制超声波发射模块产生瞬时

计方案的软件部分非常复杂，现成本较高；外由于实另D P和 C L的数据处理速率较慢，使得缺陷显示中 B S PD

高压脉冲，经过探头内的压电晶片产生超声波发射信号；超声波在钢轨介质传播中遇到缺陷时，将立即当它

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《电子技术应用》2 1第 5期 00年

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