基于DDS的压电陶瓷激励源设计

摘要

管道在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。经常用于输送高温、高压、易燃、易爆、有毒介质。这就对管道的安全性提出了很高的要求。为保障管道安全运行，所采用的检测技术是关键。在无损检测技术中，超声导波检测技术，由于声场遍及整个管壁、检测距离长、灵敏度高而得到广泛应用。随之而来，压电陶瓷激励技术也受到越来越多的关注。压电陶瓷激励源是超声导波检测系统信号的源头，直接影响检测水平。因此压电陶瓷激励源的研究具有重要现实意义和广阔的应用前景。
　　 由于超声导波在管道中传播具有频散特性和多模态特性，因此，利用超声导波检测管道缺陷要求压电陶瓷激励源应具有输出高频高压能力，具有任意波形、任意加窗功能。
　　 本论文根据导波的传播特性，利用DDS技术、FPGA技术和USB通信技术，实现了一款输出高频高压，具有任意波形，任意加窗，猝发功能，便携式、低成本、可扩展、人机界面友好的压电陶瓷激励源。论文的主要工作如下：
　　 1)分析超声导波传播特性和压电陶瓷的特性。根据压电陶瓷对高频高压的要求和超声导波检测管道对任意波形、任意加窗、猝发等要求，进行了系统整体方案设计。
　　 2)设计和研制了系统硬件。包括USB通信电路，单片机通信及控制电路，FPGA电路，D/A电路，滤波电路，仪器放大器电路和高压功率放大电路。
　　 3)设计和研制了系统软件。包括计算机端的用户图形界面(GUI)设计，单片机端通信及控制程序设计，FPGA端DDS硬件程序设计。
　　 4)完成系统测试。经测试，系统可实现电压大于100V，频率75Hz到195.31KHz输出。具有任意波形、任意加窗、猝发等功能，能够满足激励压电陶瓷和超声导波检测管道缺陷的要求。