新型涡流检测激励信号源的设计与实现

摘要

涡流检测作为无损检测的五大常规方法之一,具有其独特的优点,已被广泛应用于机械、电力、石油、航空、化工和冶金等行业。涡流检测系统主要有以下三部分:磁场测量装置、数据采集系统和激励信号源。作为影响涡流检测系统性能的关键部件之一,激励信号源的性能稳定性将影响整个涡流检测系统。随着涡流检测技术的不断发展,涡流检测系统对激励信号源的要求越来越高,传统的激励信号源已不能满足涡流检测的需求。作为近年来发展最快的频率合成技术,直接数字频率合成(DDS)具有快速的转换速度、极好的温度和老化稳定性、转换频率保持恒定相位的能力,以及小型可靠等优点。利用DDS技术设计的激励信号源可以满足涡流检测的要求。
　　本文在分析 DDS基本原理、频谱结构和杂散来源的基础上,介绍了几种抑制杂散的方法,提出了以单片机和复杂可编程逻辑器件为核心器件的激励信号源系统硬件架构。本设计中采用C51语言编写单片机程序,主要完成控制字的计算、串口和人机接口的管理;采用硬件描述语言和原理图输入方式来编写CPLD程序,主要完成相位累加器、地址锁存和其他逻辑等功能;采用C++语言编写上位机程序,主要完成波形采样和串口通信等功能。此外,系统的人机接口是采用触摸屏来实现的,具有易于使用、反应迅速、节约空间、便于交流等优点。
　　最后介绍了系统各个模块软硬件的调试结果,系统可以输出任意波形,并对调试结果进行误差分析,同时介绍了在调试过程遇到的问题及解决方法。由实验结果可以看出本设计是切实可行的,能够满足涡流检测对激励信号的要求。

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Contents

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 涡流检测技术的发展

1.3 频率合成技术

1.4 主要研究内容

第2章 DDS频谱、杂散分析及在MATLAB中的仿真

2.1 DDS的原理及结构

2.2 理想DDS的频谱

2.3 DDS实际输出频谱

2.4 抑制DDS杂散的方法

2.5 本章小结

第3章 涡流检测激励信号源系统硬件设计

3.1 系统硬件设计方案

3.2 MCU与CPLD接口电路

3.3 JTAG下载电路

3.4 触摸屏电路

3.5 模拟电路设计

3.6 串口通信电路

3.7 电源电路

3.8 本章小结

第4章 涡流检测激励信号源系统软件设计

4.1 系统软件设计

4.2 单片机程序设计

4.3 CPLD功能设计

4.4 上位机程序

4.5 本章小结

第5章 系统调试及误差分析

5.1 系统调试环境

5.2 调试结果

5.3 误差分析

5.4 调试中的问题及解决方法

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢