超声导波管道诊断仪系统主机设计与实现

摘要

与传统检测方法相比，超声导波检测技术（Ultrasonic Guided Wave）在管道完整性测试中优势突出。首先，超声导波沿传播路径衰减很少，并能沿管道传播上百米的距离，回声信号中含有管线完整性的信息，因此，相对于超声波探伤、漏磁检测和其它常规的检测技术，超声导波检测技术实际检测的是一条线，而不是一个点；其次，超声导波引起管道表面与管道内部的粒子产生振动，使得整个壁厚可以被检测到，实现了不仅可以检测表面缺陷，而且也可以检测内部缺陷。
　　超声导波管道测试仪是由主机系统、传感器模块和计算机模块（软件分析模块）组成的。计算机模块的主要功能是设置激励信号的参数，分析接收到的导波信号，获取管道的准确信息；主机系统模块的主要功能是根据给定的参数，产生脉冲激励信号，接收缺陷回波信号，并实现数据的保存和数据的传输；传感器模块的功能是实现电能和超声波机械能（信号激励和信号检测）之间的相互转换。
　　系统主机有三个主要的功能：
　　1、产生脉冲激发源。脉冲激发源的主要参数如中心频率和周期数目等可设定，并且，脉冲激发源具有超声导波信号的特性；然后，对脉冲激发源的输出进行信号处理，功率放大，从而驱动负载，产生超声导波（将电能转化为超声波机械能），实现管道的激励。
　　2、实现检测传感器输出信号的放大、数据采集、数据存储和数据传输。
　　3、实现其它辅助控制功能。
　　本文主要介绍了超声导波管道测试仪器系统主机的技术指标要求，讨论了系统主机的模块设计，给出了相应的电路原理图和程序的设计思路，并分析了主机系统样机的测试结果。

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第一章 绪 论

1.1课题的研究背景

1.2本文解决的主要问题

1.3本文的组织框架

第二章 超声导波管道测试仪系统主机性能要求与研究内容

2.1系统主机模块的主要技术指标

2.2系统主机模块的主要工作内容

2.3本章小结

第三章 系统主机总体方案设计

3.1系统主机总体方案的确定

3.2系统主机数字系统方案

3.3本章小结

第四章 数据收发与控制模块的设计与实现

4.1数据收发与控制模块主要功能

4.2数据收发模块硬件电路的设计与实现

4.3外围控制电路的设计与实现

4.4数据收发与控制模块应用软件的实现

4.5本章小结

第五章 脉冲激励信号模块的设计与实现

5.1脉冲激励信号生成原理

5.2 脉冲激励信号的实现

5.3功率放大电路设计与实现

5.4本章小结

第六章 数据采集模块的设计与实现

6.1与数据采集有关的参数

6.2回波信号采集

6.3采样结果上传

6.4本章小结

第七章样机测试

7.1示波器实测功放输出信号

7.2示波器存储功放输出信号

7.3缺陷回波检测

7.4本章小结

8 结束语

8.1主要工作与创新点

8.2后续研究工作

参考文献

致谢

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