基于 FPGA 的电磁超声脉冲压缩检测系统
目录
基于 FPGA 的电磁超声脉冲压缩检测系统 1
第一部分 设计概述 1
1.1 设计目的 1
1.2 应用领域 2
1.3 主要技术特点与创新 2
1.4 关键性能指标 2
第二部分 系统组成及功能说明 3
2.1 系统整体介绍 3
2.2 脉冲压缩原理 3
2.3 硬件电路设计 8
2.3.1 接收电路与 ADC 采集模块 8
2.3.2 发射电路与高压模块 8
2.3.3 电磁超声换能器 9
2.4 ZYNQ 程序设计 10
2.4.1 PL 端发射模块设计 10
2.4.2 PL 端采集模块设计 10
2.4.3 PL 端交互模块设计 11
2.4.4 PS 端脉冲压缩处理算法设计 13
2.4.5 厚度计算模块 14
2.4.6 结果显示模块 15
第三部分 完成情况及性能参数 16
第四部分 总结 20
2.5 可扩展之处 20
2.6 心得体会 20
第五部分 参考文献 21
第六部分 附录 22
end 22
end 23
第一部分 设计概述
1.1设计目的
电磁超声技术相对于传统的压电超声技术具有无需耦合剂，可实现非接触式测量等诸多优点。但是由于电磁超声换能效率低，匹配良好的换能器产生的回波信号一般也仅有数十微伏，这严重限制了电磁超声技术的发展与应用。脉冲压缩技术广泛应用于雷达信号处理中，能够有效提高雷达信号信噪比，提升雷达距离分辨力和抗干扰性能。因此本设计基于 ZYNQ-7020，搭建电磁超声测厚系统， 并应用脉冲压缩技术，有效提高回波信号的信噪比，实现对金属试件的精准测厚。
1.2应用领域
电磁超声测厚系统可对金属试件进行精准测厚，而厚度对于管道、承压设备等金属制材而言有着重要的意义：厚度的减薄容易导致裂纹、断裂等缺陷，进而导致爆炸等重大安全事故。因此，对金属制材的厚度进行检测，对于保障工业设备的健康稳定运行，推动工业高质量发展具有重要意义。电磁超声技术具有无需超声波耦合剂的技术优势，可以实现非接触式测量，因而还适用于高速移动的自动化检测场景。
1.3主要技术特点与创新
(1)电磁超声测厚系统无需超声波耦合剂，检测时无需对试件进行表面处理，相对压电超声，简化了测量流程，且具有更广的应用范围。                   (2)采用脉冲压缩技术，编码方式选择互补格雷码，理论上码长可无限长，通过合理的构造方法可以得到足够长的编码序列，能显著提高回波信号的信噪比。 (3)基于 ZYNQ-7020 搭建电磁超声测厚系统，充分发挥了 FPGA 和嵌入式的优点，扩展性强，可进一步开发为便携式仪器，具有较高的商业价值。
1.4关键性能指标
本文设计的基于 ZYNQ-7020 的电磁超声脉冲压缩检测系统具有如下技术指
标：
(1)检测对象：5-100mm 厚金属试件
(2)测厚精度：≤0.2mm
(3)检测速度：≤10s
(4)信噪比：≥6dB