超声导波管道诊断仪系统主机的实现

【摘要】本系统主机主要有三个功能：首先，产生一脉冲激励源，其中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置以适用于超声导波信号特征，并进行信号处理、功率放大，从而驱动负载产生超声导波，以实现对被检测管道的激励; 其次，实现对传感器输出的信号调理、数据采集、数据保存及数据传输; 最后，实现其它辅助功能。本文详细阐述了超声导波脉冲激励源及多通道高速数据采集的实现。

【关键词】超声波导波; 脉冲激励;A/D转换;D/A转换

1. 引言

超声导波管道诊断仪是能够实现对管道缺陷进行在线检测的检测仪器，相对于传统的超声检测方法，它的检测范围更广，检测长度到更长，其在管道上的检测长度能达到上百米。

超声导波管道检测的工作原理是利用传感器环在管道外壁上激励超声导波，导波在管道壁内传播，其遇到管道内的缺陷时产生回波，通过接收、采集缺陷回波信号来实现对缺陷的定位与定量分析。超声导波检测仪主要由系统主机，传感器模块与计算机模块（软件分析模块）三个部分组成，如图1所示。

图1 超声导波管道诊断仪组成

系统主机模块的主要功能是根据设定参数产生脉冲激励信号，接收、采集缺陷回波信号并实现数据的保存与传输; 传感器模块的功能是实现电能与超声波机械能的转换; 计算机模块主要功能为分析接收的导波信号，得出正确的管道诊断信息。

2. 超声导波诊断仪系统主机总体方案设计

系统主机模块的功能是：接收上位机设定参数，按参数设定值产生脉冲激励信号并进行信号处理、功率放大，从而驱动负载产生超声导波，以实现对被检测管道的激励; 实现对检测传感器输出信号的调理、数据采集、数据保存及数据传输; 实现其它辅助控制功能。

系统主机要通过USB 口与上位机传递数据，选用CY7C68013A 芯片来实现，CY7C 68013A芯片集成USB 2.0收发器、智能串行接口引擎（SIE ）和增强型8051微处理器; 选用DAC 芯片产生脉冲激励信号，考虑精度、转换速度与通道数量，选用DAC5662A 芯片; 数据采集选用ADS5270; 考虑到两路脉冲激励信号和32通道数据采集同步完成，选用XC3S250E 系列FPGA 芯片作为DAC 和ADC 的控制芯片; 由于系统要求达到1MHZ 以上的数据采集速度，在脉冲激励信号产生和数据采集的过程中无法实现数据传输，故需扩展RAM 以保存数据; 由

超声导波管道诊断仪系统主机的实现

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