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基于FPGA的EMT系统构建与脉冲激励方法初探

作 者: 黄春艳
导 师: 王超
学 校: 天津大学
专 业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电磁层析成像 现场可编程逻辑门阵列 脉冲涡流 检测模型
分类号: O441.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


电磁层析成像(EMT)技术是20世纪90年代发展起来的一种基于电磁感应原理的工业过程成像技术,它可以同时获得物场空间的导电率和导磁率的分布信息,拥有结构简单、系统成本低、响应速度快、非侵入式、安全性能好和适用范围广等特点,因而在工业检测中具有广泛的应用前景。本课题设计了基于FPGA的电磁层析成像系统并搭建了系统测量模型。并在原有的正弦信号作为系统激励信号的基础上,对脉冲激励电磁层析成像系统进行了初步探索。主要的工作和结果如下:1、在综合考虑图像重建效果及系统复杂性的基础上,设计了8线圈检测模型。2、设计基于Xilinx Spartan-3型FPGA(现场可编程逻辑门阵列)芯片的电磁层析成像系统。通过FPGA中各功能模块实现对系统的激励、采集、解调、通信及控制等功能,并已调试成功,工作稳定。3、在不同占空比、不同基波频率、不同提离高度三种条件下进行金属平板脉冲涡流实验,对获得的响应信号进行时域频域分析,得到特征值及其变化规律,与理论分析结论一致。将脉冲激励信号应用于EMT系统,选取不同物场模型进行实际测量,对8个检测线圈中响应信号的特征参数进行测量及定性分析。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-14
  1.1 过程层析成像  7-9
  1.2 电磁层析成像  9-10
  1.3 脉冲涡流测量  10-12
    1.3.1 涡流检测及其发展现状  11
    1.3.2 脉冲涡流测量  11-12
  1.4 本课题的主要研究内容  12
  1.5 本论文的组织  12-14
第二章 电磁层析成像系统的理论基础  14-21
  2.1 电磁感应测量  14-17
    2.1.1 工程电磁场基本理论  14-16
    2.1.2 电磁感应测量原理  16-17
  2.2 金属的电磁特性  17-19
    2.2.1 金属材料的导电特性  18
    2.2.2 金属材料的导磁特性  18-19
  2.3 脉冲涡流测量基本原理  19-21
第三章 电磁层析成像系统设计  21-47
  3.1 系统硬件结构  21-22
    3.1.1 系统结构  21-22
    3.1.2 系统硬件设计思路  22
  3.2 FPGA 整体结构设计  22-27
    3.2.1 电源设计  24-25
    3.2.2 JTAG 接口电路  25-26
    3.2.3 时钟电路  26-27
  3.3 激励信号通道设计  27-30
  3.4 传感器的设计与实现  30-33
  3.5 检测通道的设计与实现  33-35
    3.5.1 放大电路  34
    3.5.2 检测通道的多路选通  34-35
  3.6 模拟数字转换电路及数字解调  35-43
    3.6.1 A/D 转换电路  35-36
    3.6.2 A/D 接口控制模块设计  36-38
    3.6.3 解调模块设计  38-43
  3.7 MCU 控制模块  43-44
  3.8 USB 通信模块  44-47
第四章 系统实验  47-51
  4.1 AD 电路测试结果  47-48
  4.2 解调模块性能测试  48-51
第五章 脉冲涡流磁场特性分析  51-67
  5.1 金属平板物场脉冲涡流磁场特性  51-63
    5.1.1 选取不同的脉冲激励信号的基波频率,对响应曲线进行频域及时域分析  52-55
    5.1.2 选取固定的激励信号频率,改变占空比  55-61
    5.1.3 选取固定的激励信号频率,改变提离高度  61-63
  5.2 脉冲激励在EMT 系统中的特性探索  63-67
第六章总结与展望  67-69
参考文献  69-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 电磁学、电动力学 > 电磁学 > 电磁波与电磁场
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