16通道超聲相控陣系統(tǒng)的AFE研究.pdf

1、超聲波檢測(cè)作為一種非侵入性檢測(cè)方法在核工業(yè)、航空航天、鐵路等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)具有偏轉(zhuǎn)、聚焦和動(dòng)態(tài)掃描特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的定點(diǎn)聚焦、動(dòng)態(tài)聚焦，二維成像以及三維成像。在相控陣超聲系統(tǒng)中，影響檢測(cè)成像質(zhì)量的重要因素包括超聲陣列單元數(shù)、通道間參數(shù)一致性、發(fā)射延時(shí)精度以及成像算法等，其前端關(guān)鍵技術(shù)包括波束成形、脈沖發(fā)射、高壓隔離、回波接收處理轉(zhuǎn)換等。同常規(guī)超聲檢測(cè)技術(shù)相比，相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)具有發(fā)射能量強(qiáng)、檢測(cè)范圍廣、靈敏度高

2、、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。
　　基于對(duì)相控陣超聲關(guān)鍵技術(shù)的研究，本文設(shè)計(jì)了用于無(wú)損檢測(cè)的16通道超聲相控陣硬件的AFE(Analog front end)架構(gòu)以及詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。完成了系統(tǒng)各層次功能模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)，功能模塊參數(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)、信號(hào)在系統(tǒng)中的流動(dòng)與運(yùn)算，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為后續(xù)程序控制，軟硬件調(diào)試提供依據(jù)。
　　設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有單通道超聲收發(fā)電路進(jìn)行研究，深入地理解其工作原理，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行一些數(shù)字化、模塊化嘗試。最終采

3、用FPGA進(jìn)行系統(tǒng)通信、功能模塊控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換上傳，采用專用多通道波束成形器、模擬前端等芯片實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的集成化、數(shù)字化。
　　設(shè)計(jì)對(duì)基于FPGA的軟件程序進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，對(duì)軟件控制效果進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，對(duì)硬件電路部分各功能模塊進(jìn)行了實(shí)際調(diào)試，對(duì)硬件參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了驗(yàn)證，最后進(jìn)行了系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)。結(jié)果表明，系統(tǒng)軟件部分達(dá)到了預(yù)定的控制、測(cè)量效果，各硬件功能模塊正常運(yùn)行，參數(shù)指標(biāo)大部分符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了超聲發(fā)射、回波接收處理的目的，具有一