海底管道缺陷超声波检测数据采集处理方法研究

摘要

随着我国海洋石油天然气的开发，铺设的海底管道不断增加。为保障在役管道的安全运行，应对其定期进行检测，以便及时发现问题，采取措施。对目前国内国际管道检测技术发展现状作了阐述，并对超声波及其检测原理作了介绍。对管道检测的数据采集速度和存储容量进行了理论计算，针对管道检测过程中数据采集处理部分的技术难点，提出了一种以DSP嵌入式处理器为核心，基于ALTERA公司高端FPGA芯片的二十四通道数字式超声A扫描探伤数据采集处理方案。该方案采用高速A/D转换芯片，在FPGA的控制下对超声回波信号采集的同时实现了采样数据的在线压缩处理和高速缓冲存储，设计状态机实现了数据采集部分的控制，应用VHDL语言对硬件电路进行描述，在QLlartus Ⅱ 6.0软件环境下，对设计的状态机进行了功能仿真。设计的系统体积小、功耗低、功能强、集成度高，为探伤数据的离线分析奠定了坚实的基础。 另外，本文还对超声波信号的处理作了大量分析研究工作，主要包括信号消噪和数据压缩两个部分。根据超声检测缺陷回波和噪声的特点，对于脉冲噪声，直用极值滤波算法在线予以消除，而对其它噪声归类为非平稳白噪声，应用小波变换离线分析去噪。最后，对消噪后的数据的压缩处理方法进行了介绍，并给出了。具体的软硬件实现，该压缩方法能有效保留回波信号特征点，满足了实际需要。

目录

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第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2管道缺陷检测国内外研究现状

1.2.1无损检测概念及方法

1.2.2海底管道检测技术现状

1.2.3海底管道超声检测技术难点

1.3论文的研究目标和主要工作

1.4本文的结构

第二章超声波及管道超声检测原理

2.1超声波的基本性质

2.1.1超声场的特征量

2.1.2超声波的速度及波长

2.1.3超声波的衰减

2.1.4垂直入射超声波在不同界面上的效应

2.2超声换能器

2.2.1超声换能器的分类

2.2.2超声换能器的发射声场

2.2.3超声换能器的主要性能参数

2.3超声波探伤的原理

2.3.1超声检测扫描方式及显示方法

2.3.2海底管道A型脉冲反射式超声探伤原理

2.4本章小结

第三章超声数据采集处理硬件设计

3.1系统总体设计方案

3.1.1理论计算

3.1.2性能指标

3.1.3设计方案

3.2超声激励电路设计

3.2.1超声激励电路的性能参数

3.2.2换能器激励方式选择

3.2.3超声激励电路硬件原理图

3.2.4激励电路波形仿真

3.3信号调理电路

3.3.1主要性能参数

3.3.2放大衰减单元

3.3.3缓冲检波电路

3.4 A/D转换电路

3.4.1采样频率的确定

3.4.2ADC器件选择

3.5FPGA与DSP接口功能设计

3.6存储单元

3.6.1IDE接口简介

3.6.2存储接口设计

3.7硬件抗干扰设计

3.7.1FPGA设计中的若干基本问题

3.7.2系统设计和调试过程中的噪声抑制

3.8本章小结

第四章系统软件设计及信号的预处理

4.1DSP主程序设计

4.2FPGA软件设计

4.2.1硬件描述语言VHDL

4.2.2有限状态机的设计实现

4.2.3采样控制电路仿真

4.3探伤信号的预处理

4.3.1噪声分析

4.3.2数据消噪

4.3.3数据压缩

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致谢

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