超声导波管道缺陷检测系统设计与研究

摘要

在管道运行中，安全隐患往往能造成严重的后果，而缺陷检测是保证工业管道安全运行的一项重要措施，超声导波检测便是其中一种便捷、高效、可靠的无损检测方法。因此，设计一款具有自主知识产权的超声导波管道缺陷检测系统具有较高的实用价值。 本文根据超声导波的基本理论，包括导波的频散现象和多模态特性，管道缺陷检测对导波激励信号的要求，传感器特性和激励信号对输入通道的要求等，拟定了检测系统的性能指标。 根据系统的性能指标，设计了以瑞萨R5F52108处理器为核心的超声导波管道缺陷检测系统，完成了整套的硬件电路设计和制作，编写了完整的系统控制程序，并完成了整机的安装调试。 硬件设计中，设计了巧妙的存储器控制逻辑电路：使得四片波形发生存储器和四片数据采集存储器可以同时工作，也可以分别工作；实现了四路独立的激励输出和四路独立的信号采集，激励和采集可以并行工作。电源部分设计了锂电池组的过充、过放保护电路和均衡电路，大大提高了电池的寿命；此外还设计了待机控制电路：在装置待机状态，切断不必要电路的电源，降低了整机功耗，大大延长了整机的续航时间。 软件设计中，采用多任务模块化设计方法，程序运行流畅，可读性和可维护性较好。由于装置对数据采集的快速性要求较高，程序设计语言选用了汇编语言，对数据采集部分的程序进行了充分的优化，使数据采集的频率达到 C 语言程序的两倍。 经过反复调试和实验，对装置的硬件和软件进行了改进和优化；实验结果表明，系统性能达到了既定目标要求；现场测试实验中，系统检测到的波形与管道设定的缺陷一致，达到了实用的要求。

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