中厚钢板超声自动探伤车数据采集与控制系统的研究

摘要

超声无损检测技术是五大常规无损检测技术之一，由于具有被测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确及成本低等诸多优点，已成为国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种检测技术。在中厚层钢板的无损检测中，更是具有非同一般的意义。随着国民经济的发展以及对优质钢材需求量的剧增，检测技术和手段也迫切需要更新与提高。 本课题研究的超声自动探伤车系统，是在分析了当前各种探伤仪器优缺点的基础上提出的。完全继承了大型固定检测设备和小型便携式检测设备的优点，具有使用方便、自动化程度高、适合现场检测等诸多优点。本文依据缺陷回波法原理，设计了数据采集和控制系统，并主要针对FPGA的逻辑设计和采集卡的结构进行了必要的数据采集实验和相关测试，改进了采集卡的性能。 本文完成的主要工作1.设计了探伤车的机械结构装置，如转向装置、电机驱动装置、车轮传动装置等。 2.设计了八通道超声探伤数据采集卡，包括超声波发射电路、通道选择电路、动态增益放大电路、带通滤波电路、高速A/D转换电路、控制电路、数据通信接口电路等，具有较好的实用价值。 3.使用VerilogHDL语言编写了FPGA芯片XC2S100的软件代码，实现了采集卡的探伤时序和数据处理功能。主要模块包括：控制字存储、DAC曲线数据存储、窄脉冲宽度控制、采样延迟和宽度控制、译码多通道选择、数据缓存、平均分段、最值提取、DAC缺陷判别等。 4.设计了探伤车控制系统电路板，包括稳压电源电路、惯性导航电路、光电编码盘调理电路、直流电机驱动电路、核心控制电路、数据通信接口电路等。 5.编写了数据采集和控制系统主控单片机的软件代码，以及Labview上位机人机交互界面。 6.依据系统设计要求，进行了必要的数据采集实验和相关测试。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1现代超声无损检测技术的发展及应用

1.1.1UNDT技术发展

1.1.2 UNDT技术的应用领域

1.2超声波探伤仪器的发展现状

1.3本系统的工作原理及研究意义

1.4课题研究的主要工作和目的

第二章探伤车机械结构的设计

2.1 转向装置

2.2电机的选择

2.3 电池的选择

2.4边缘探测器的选择

2.5光电编码盘的选择

2.6水箱水位报警装置

2.7车轮驱动方式的选择

2.8探伤车传动结构

2.9探伤车整体结构

第三章超声探伤数据采集卡的设计

3.1超声波探伤方法

3.2采集卡的硬件构成

3.3超声探头的选择

3.4超声波发射电路

3.4限幅电路

3.5缓冲电路

3.6多通道选择电路

3.7动态增益放大电路

3.8可选带通滤波电路

3.9检波电路

3.10模数转换电路

3.11系统控制电路

3.12串行通信接口电路

第四章FPGA探伤时序与缺陷判断功能的实现

4.1 FPGA逻辑功能的整体构思

4.2控制字存储模块

4.3 DAC曲线数据存储模块

4.4译码多通道选择模块

4.5窄脉冲宽度控制模块

4.6采样延迟与宽度控制模块

4.7回波数据压缩算法的硬件实现

4.7.1数据平均分段模块

4.7.2最值提取模块

4.8 DAC缺陷自动判断模块

4.9 FPGA布局布线后的时序仿真

4.10 FPGA设计总结

第五章探伤车控制系统的设计

5.1稳压电源电路

5.2惯性导航电路

5.3光电编码盘调理电路

5.4接近开关调理电路

5.5直流电机驱动电路

5.6核心控制电路

5.7无线通信模块

第六章系统的软件设计

6.1采集卡MCU的软件设计

6.2探伤车控制系统MCU的软件设计

6.2.1 PID控制算法

6.2.2控制系统MCU的软件设计

6.3上位机软件设计

第七章实验数据及理论分析

7.1探伤车直线度行驶的分析

7.1.1角速度传感器与AD转换精度

7.1.2 PID控制参数的整定

7.2 DAC拟和曲线的生成

7.3缺陷坐标信息在上位机的处理

7.4实验与数据分析

7.4.1上位机软件功能验证实验

7.4.2数据采集实验

7.4.3采集卡模拟电路测试

第八章全文总结和工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢