基于FPGA的超声检测系统的研究文献综述

 2021-11-08 22:18:24

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文 献 综 述

超声波是一种频率高于20KHZ的弹性机械波,因其频率下线大约等于人的听觉上限而得名。作为声波的一种,超声波与我们听到的声音在本质上是一致的,同样具有声波传播时所具有的物理性质折射,反射,衍射,散射等并且能够穿过不透明的物质。两者都是一种能量的传播方式,超声波通常以纵波的形式在介质中传播,但由于超声波的波长很短,只有几厘米,甚至千分之几毫米,与可听声波相比,超声波据有很多特性。

检测超声则是利用超声在介质中传播所承载的信息来反映媒介本身的特性,内部结构信息,或者对物体的形状,内部缺陷,结构等尽心检测。例如超声波在不同组分的气体传播是,它的传播速度是不同的,即气体浓度变化会导致在其中的超声波传播速度发生变化。利用这一特性,便可设计出微量气体浓度检测系统,广泛应用于高电压设备中的SF6气体浓度检测等领域。在是食品加工过程中,经常有木屑,等杂质异物混入,影响食品质量,由于超声波对杂质和食品声阻抗存在明显的差异,医用这一特性便能够将杂质检测出来。当超声波在液体中传播时,其传播是时间将随着液体的流动产生微小的变化,并且传播时间的变化正比于液体的流苏,利用这个特性制作的超声波流量计能够够精确的检测出液体的流量。检测超声这一方面的应用还有超声测距,测厚,测温,工业中的无损探伤等。

1.超声检测的国内外研究现状

自19世纪末到20世界初,在物理学上发现了压电效应与反压电效应之后,人们找到了利用电子学技术产生超声波的办法,从此揭开了发展与推广超声技术的历史篇章。1916点,LANGEVIN用压电石英晶体做成水下发射跟接受换能器,并用于探测水下的物体,这是最早的压电换能器。1928年美国普林斯顿大学首次发现超声波有加速二甲基硫酸和亚硫酸还原为硫酸钾的作用,超声学跟化学开始香雾渗透。1929年,前苏联SOKOLOV率先提出了超声检测金属内部缺陷的构想,并在实验室成功的验证了他的猜想。第二次世界大战期间,美、英两国在声纳技术的基础上成功研制出超声波探伤仪,用于厚钢板和锻钢的探伤。医学上最早利用超声波是在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构,伺候超声检查逐渐成为医学诊断领域中非侵入性检查的主要方法;20世纪50年代,超声检测技术迅速发展,德国人KAISER对多种金属的财会的声发射进行了研究发现凯撒效应,世界各主要工业国家相继采用脉冲式超声探伤仪对钢铁,机械制造部分裁量进行探伤检测。60年代,美国人DUNEGAN等把发射的测试频率范围移到超神频段上。70年代,计算机开始应用于超声检测中的信号处理,被检测到的超声信号,经A/D转换后,进入计算机进行信号处理,实现了超声检测的数字化。1994年,日本的森木框研制出一种可以图像显示的超声波探伤仪,并通过计算机实现对缺陷的自动评估及报告。90年代,世界各主要工业国家相继实现了超声检测装置的智能化。

近20年,随着电子技术及现代信号处理的手段的发展,超声检测技术获得了巨大的进步。由于不同频率,功率,强度的超声波在固体,液体,气体等物质中均能传播,并且具有独特的传播特性及效应,因此随着眼举得的深入,超声检测技术几乎渗透到所有的工业领域,由最开始单一的探伤检测发展到测距,测温,测厚,气体浓度检测,食品检测,等多种功能。由以前的模拟检测发展到数字化检测,由人工经验潘多发展的自动检测。

我国的超声检测技术经历了从无到有,从低阶段到现阶段应用的普及的过程。国内在超声检测领域起步较晚,于30世纪50年底啊开始从国外引进超声检测装置,带大多是笨重的电子管式一起,有模拟电路实现,主要由纹理元器件组成,体积较大,结构松散,技术性能指标不高。1978年,中国建筑科学院研制出了便携式超声检测仪,采用晶体管电路构成,数码显示,初步实现了超声波的小型化跟智能化。1980年,汕头超声电子公司成功推出超声波探伤仪,其主要性能指标与当时国际同类仪器水平相当。1988年,南昌航空学院的屠耀元等人成功眼珠出分离式超声信号分析系统。该系统由超声探伤仪,告诉数据采集装置,微型计算机和应用软件包组成。1989年,中科院武汉物理所研制了国内第一台全数字化的超声波探伤仪,并于次年推向市场。华中理工大学在1993年成功研制出超声波多普勒智能流量计,用于液体流量检测。现阶段,我国的超声检测技术呈现深度及广度不断发展的阶段,在深度上,快速傅里叶变换、相关函数计算等新的信号处理手段不断涌现,对超声信号所携带的信息能够进行更深入的分析研究:而在广度上,超声检测不断在各种领域扩展,在医学,食品工业,无损检测,浓度检测等方

面均不断的扩展应用。

2.论文研究背景及意义

超声检测应用技术是指利用超声波来进行各种检验以及测量的技术。超声波的声速、阻抗、衰减、散射等为超声波应用检测提供了丰富的信息,并利用超声波进行检测往往迅速,方便,对人体没有伤害也没有环境污染。目前,超声波检测技术已经不仅仅用于无损检测领域,在流量检测,厚度检测,距离检测,气体浓度检测等方面均具有巨大的应用范围跟价值,未来超声检测装置将进一步的集成化、小型化,智能化,要求有更快的数据采集速度,更高的检测精度,并进一步降低功耗,但传统的超声检测装置还存在许多的不足之处,比如检测精度不高,需要动手保持数据,无法满足工业及其他领域的自动化,只能要求。

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