基于无损探伤的超声系统研究

摘要

超声波无损探伤技术是工业中应用非常广泛的一种检测技术，它具有对被测工件没有损伤、操作简单、性能稳定、可靠性高等优点，可以对工件从生产到在役的各个环节进行全程检测。随着超声波探伤技术和数字信号处理等技术的发展，数字式超声波无损探伤系统应运而生。与模拟式超声波探伤系统相比，数字式超声波探伤系统具有精度高、可靠性高、使用灵活等诸多优点，正逐步取代模拟式超声波探伤系统而成为超声波探伤系统发展的必然趋势。但目前数字式超声波探伤系统也存在着缺点，如探伤方法单一、数据处理能力不强、可编程资源有限、数据传输速率慢等。
　　 本文在分析多种超声波探伤方法、显示原理以及目前数字式超声波探伤系统缺点的基础上，提出了一种主要用于对轮轴、钢轨等进行探伤的A型数字式超声波无损探伤系统的设计方案。为达到更理想的探伤结果和更广泛的使用范围，该系统采用脉冲反射法和穿透法两种探伤模式，以高性能的FPGA为系统核心、采用USB通信、基于PC。本系统在设计中采用模块化思想，在硬件上将系统分为超声波探伤模块、数据采集处理模块和通信接口模块，利用FPGA强大的数据处理能力，对各模块进行协调控制。硬件部分各模块均采用精度高、噪声低、可靠性高的器件以及多种措施降低噪声、提高精度、提高系统抗干扰能力。
　　 本文在完成硬件设计的基础上，对数字式超声波探伤系统的FIR滤波器和自适应滤波器进行了探讨。首先使用MATLAB和System Generator工具建立仿真模型，对所设计的数字滤波器的性能进行仿真验证，并根据仿真结果进行修改。而后以Xilinx ISE Design Suite为FPGA开发环境，完成FIR滤波器和自适应滤波器的设计和FPGA实现。
　　 论文最后介绍了超声波探伤系统的调试，详细阐述了主要的硬件电路和数字滤波器的调试，根据调试结果对系统进行修改和优化设计。经过反复调试、修改，本文所设计的数字式超声波探伤系统运行正常，性能良好。