[發(fā)明專利]一種基于FPGA的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410603776.2
• 申請(qǐng)日: 2014-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN104374831B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王銀玲;孫濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/14
• 分類號(hào): G01N29/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA(Field?Programmable?Gate?Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

飛機(jī)在服役過程中受外界環(huán)境(如氣溫、濕度、紫外線輻射、酸雨等)的作用，以及其表面處理和涂層缺陷、多余物堵塞排水孔等都可能引起局部腐蝕。產(chǎn)生的腐蝕還會(huì)影響材料的組織結(jié)構(gòu)性能，產(chǎn)生疲勞裂紋。飛機(jī)的機(jī)身鋁蒙皮鉚接以及進(jìn)氣道等部位常發(fā)生腐蝕；而裂紋通常由腐蝕造成，并在使用載荷作用下產(chǎn)生疲勞擴(kuò)展，因此飛機(jī)的機(jī)翼大梁、發(fā)動(dòng)機(jī)和起落架等部位常發(fā)生裂紋。因此在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)各類缺陷并對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)和危害程度評(píng)估，對(duì)于保障飛機(jī)的安全飛行具有十分重要的意義。聲發(fā)射檢測(cè)是一種重要的無損檢測(cè)技術(shù)，它利用耦合在材料表面上的壓電陶瓷探頭，將材料內(nèi)聲發(fā)射源所產(chǎn)生的彈性波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大和處理，使之特性化，并顯示和記錄，從而獲得材料內(nèi)聲發(fā)射源的特性參數(shù)，通過分析即可獲得材料內(nèi)部的缺陷情況。

目前，大多數(shù)的聲發(fā)射測(cè)試儀器都是有線的，這對(duì)于布線較為困難的聲發(fā)射實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域，有明顯的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于FPGA的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，可以無線傳輸，且高精度地對(duì)航空航天設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)，維護(hù)以及延長(zhǎng)飛機(jī)的服役壽命。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

一種基于FPGA的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，包括：上位機(jī)和下位機(jī)；所述下位機(jī)，用于存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)并將所述采集到的數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給所述上位機(jī)；所述上位機(jī)用于接收并存儲(chǔ)所述采集到的數(shù)據(jù)，并對(duì)所述采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；

其中，所述下位機(jī)包括：傳感器模塊、增益調(diào)節(jié)放大電路模塊、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊、FPGA控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、無線傳輸模塊；

所述傳感器模塊，包括頻帶在50-400kHz的單端諧振聲發(fā)射傳感器；用于檢測(cè)被探測(cè)物體的聲發(fā)射信號(hào)，并將所述聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，發(fā)送給所述增益調(diào)節(jié)放大電路模塊；

所述增益調(diào)節(jié)放大電路模塊，包括前置放大電路和調(diào)制電路，所述前置放大電路用于放大所述電信號(hào)；所述調(diào)制電路用于對(duì)前置放大后的電信號(hào)的幅度進(jìn)行調(diào)制，保證輸出信號(hào)Vout的范圍在0～5V；其中，所述前置放大電路包括單端輸入的，帶通頻率范圍為100～300KHz的前置放大器以及與其并聯(lián)的電容C1，所述前置放大器有20dB、40dB和60dB三種信號(hào)放大率，所述前置放大器的信號(hào)與電源共用，前置放大器的供電要求為+28V，所述電容C1將經(jīng)過所述前置放大器放大的信號(hào)中的直流濾除；所述調(diào)制電路中的放大器為ADA4898；

所述ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊，包括4個(gè)AD9240芯片，采樣精度為14bit，采樣速率為2.5MSps；用于對(duì)進(jìn)行幅度調(diào)制后的電信號(hào)進(jìn)行采樣后，輸出二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)；其中，所述AD9240的7腳為控制模塊發(fā)送的時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)行幅度調(diào)制后的電信號(hào)接入AD9240的41腳VINA作為輸入信號(hào)，AD9240的SENSE引腳接地，VREF輸出2.5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓；OTR引腳為信號(hào)幅值檢測(cè)端，當(dāng)AD9240輸入信號(hào)幅值超出輸入范圍時(shí)將輸出高電平1；BIT1-BIT13為模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出的二進(jìn)制信號(hào)；

所述FPGA控制模塊，用于控制4塊AD9240芯片同時(shí)進(jìn)行采樣，在采樣值大于設(shè)定門限時(shí)觸發(fā)聲發(fā)射檢測(cè)事件，將采樣后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，并在一次聲發(fā)射檢測(cè)事件結(jié)束后控制所述無線傳輸模塊將采樣后的數(shù)據(jù)全部傳送給所述上位機(jī)；其中，所述FPGA控制模塊包括EP4CE6F17C8芯片，所述EP4CE6F17C8芯片的引腳與所述4個(gè)AD9240芯片的數(shù)據(jù)輸出接口直連；其中，每個(gè)AD9240芯片包括以下16路數(shù)據(jù)輸出接口：14路數(shù)據(jù)線輸出接口、一路時(shí)鐘信號(hào)輸出接口以及一路OTR溢出檢測(cè)輸出接口；

所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，包括SDRAM，其型號(hào)為HY57V2562GTR，容量為256Mit、16bit總線，工作頻率133MHz；用于存儲(chǔ)所述FPGA控制模塊采集到的數(shù)據(jù)以及存儲(chǔ)FPGA運(yùn)行時(shí)的程序；

所述無線傳輸模塊，包括10/100M以太網(wǎng)接口芯片DM9000，采用48引腳的LQFP封裝，內(nèi)置16KB?SRAM，總線寬度16bit，用于將所述FPGA控制模塊采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述上位機(jī)。