超声相控阵检测成像系统研发

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870318-SX017学科分类号：080402硕士学位论文超声相控阵检测成像系统研发研究生姓名宫政学科、专业测试计量技术及仪器研究方向计算机测量与控制指导教师王海涛教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchandDevelopmentofUltrasonicPhasedArrayDet

2、ectionandImagingSystemAThesisinMeasurementTechnologyandInstrumentsbyGongZhengAdvisedbyProf.WangHaitaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声相控阵技术自推广以来，便成为了无损检测领域的研究热点之一。其阵列式排布的超声换能器一改传统超声检测的单探头模式，将探头分割为许多独立阵元，能够实现分立的控制。该特点使得探头所发射的超声波束有了更加灵活的扫查范围，其操作方便、灵敏度高

4、、且能够可视化成像。近年来，在一些工业无损检测中，超声相控阵的应用解决了很多由于传统超声检测的局限而无法解决的问题。超声相控阵在工业检测中应用良好，本文针对其检测成像系统进行研究开发。考虑系统的经济性与便携性，通过FPGA与ARM结合的方式，采用基于Linux和Qt平台的嵌入式系统设计方案。基于超声相控阵技术原理，构建其检测成像系统的框架，主要进行软硬件通信接口、嵌入式驱动程序、交互界面的研发以及系统其他模块的整合工作。利用FPGA中的可配置存储器，配合ARM与FPGA逻辑与物理连接，实现一个作为数据交互中介的双向端口，来完成二者

5、之间的数据通信；选用Linux作为嵌入式操作系统，搭建交叉开发环境，向目标板中移植必要的启动引导程序、内核及根文件系统，并设计FPGA作为字符设备的驱动程序；采用QtDesigner进行图形界面设计，通过事件与信号/槽机制建立消息与响应函数的联系，并添加相应代码实现各部分功能。采用标准试块按照系统工作流程对本文所研发系统进行实验，控制模块计算发射延时激励探头，产生的超声波束经过试块带回缺陷信息，处理后在显示界面绘制波形。各模块运行正常，能够实现超声相控阵检测与成像的基本功能。关键词：超声相控阵，嵌入式系统，FPGA，ARM，检测成

6、像I超声相控阵检测成像系统研发ABSTRACTSincetheultrasonicphasedarraytechnologyhasbeenpopularized,ithasbecomeoneofthehotspotsinthefieldofnondestructivetesting.Thearrayedarrangementofultrasonictransducerchangesthesingleprobemodeoftraditionalultrasonicinspectionwhichdividestheprobeintom

7、anyindependentelementsandenablesdiscretecontrol.Thisfeaturemakestheultrasonicbeamtransmittedbytheprobehaveamoreflexiblescanningrange.It'seasytooperate,highsensitivity,andcanbevisualized.Inrecentyears,theapplicationofultrasonicphasedarrayhassolvedmanyproblemsthattradit

8、ionalultrasonictestingcannotsolvebecauseofitslimitationsinsomeindustrialtesting.Theultrasonicphasedarrayiswellusedinindustri