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一种基于低能X射线的快速探测采集系统研制

作　者: 张亚琼
导　师: 高富强
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 工业CT 低能X射线数据采集 A/D转换 FPGA
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
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内容摘要

工业CT(ICT)是工业无损检测的一种重要方法,能够将被检测物在无损伤的情况下,通过二维断层图像的形式,直观明确地显示被检物体内部的结构特性、组成、材质及缺损情况等,广泛应用在工业产品检测中,是当今最为先进的检测手段之一。低能X-CT系统主要应用在医学、安检及中小尺寸工件检测生产线等领域。随着CT技术的不断进步,对CT设备的性能要求越来越高,而现有的低能X-CT设备性能不好,一般存在检测速率较低、成像质量不高、可靠性不强等问题。本文针对低能X-CT系统存在的这些问题,提出了基于低能X射线的快速探测采集系统,从系统的快速性出发,研究可以提高系统扫描速度和成像质量的方法。信号探测采集系统是工业CT的重要组成部份,主要完成X射线信号的采集、转换,并将转换后的数据通过数据传输系统上传至上位计算机进行图像重建。本设计采用模块化的设计思想,将信号采集系统划分为探测器模块、信号调理转换模块和采集控制模块三个模块,采用这种结构的优点在于增加了系统的灵活性,方便系统扩展。探测器模块主要用来实现X射线信号的光电转换,采用的是光电二极管闪烁体探测器。信号调理转换模块实现信号的积分放大与模数转换,该模块主要通过A/D转换芯片DDC316来实现,DDC316为TI公司推出的16位、16通道的电流输入型A/D转换器,具有积分时间短、积分电容小、数据传输速率高等特点。采集控制模块主要是用来控制信号采集系统的探测采集和将采集到的数据按要求传送至数据传输系统,该控制模块的主控芯片选用具有并行处理能力很强的FPGA。本设计主要包括硬件电路设计和逻辑控制设计两个部分。硬件电路设计主要通过Protel DXP辅助软件来完成,逻辑控制设计部分采用自顶向下的设计思路,采用Verilog HDL语言编写程序,并借助QuartusⅡ软件进行软件程序的编译、综合、仿真。最后将系统与传输系统及上位机进行联合调试。通过对系统进行测试,测试结果表明此系统性能良好,能够准确、快速实现数据的采集传输,达到系统设计的预期效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 工业CT 发展现状  8-9
  1.2 课题背景及研究意义  9-10
    1.2.1 选题背景  9-10
    1.2.2 研究意义  10
  1.3 论文主要内容  10-12
2 工业X-CT 系统分析研究  12-20
  2.1 CT 检测原理  12-16
    2.1.1 X 射线的产生与性质  12
    2.1.2 射线与物质的相互作用  12-14
    2.1.3 CT 检测基本原理  14-16
  2.2 工业CT 系统的基本组成  16-18
  2.3 本章小结  18-20
3 系统总体方案和硬件设计研究  20-48
  3.1 系统功能要求及总体结构  20-21
    3.1.1 探测采集系统要求  20
    3.1.2 探测采集系统总体结构  20-21
  3.2 探测器模块方案设计  21-26
    3.2.1 工业CT 射线源  21
    3.2.2 探测器剖析及选择  21-24
    3.2.3 CT 扫描方式及数据采集方式  24-26
  3.3 信号调理转换模块方案设计  26-34
    3.3.1 信号调理原理  26-27
    3.3.2 A/D 方案选择  27-28
    3.3.3 DDC316 芯片介绍  28-34
  3.4 数据采集模块方案设计  34-36
    3.4.1 采集电路的功能  35
    3.4.2 主控制芯片选择  35-36
  3.5 系统结构及硬件电路设计  36-45
    3.5.1 系统总体结构图  36-37
    3.5.2 信号探测转换模块硬件设计  37-40
    3.5.3 数据采集模块硬件设计  40-45
  3.6 本章小结  45-48
4 数据采集系统的FPGA 数字逻辑设计  48-68
  4.1 开发语言及开发流程  48-51
    4.1.1 Verilog HDL 语言简介  48-50
    4.1.2 Quartus II 开发流程  50-51
  4.2 FPGA 逻辑软件框架  51-52
  4.3 时钟控制电路  52-53
  4.4 I~2C 通讯模块  53-55
  4.5 命令解析模块  55-57
  4.6 DDC316 配置模块  57-60
  4.7 数据接收模块  60-62
  4.8 RAM 存储模块  62-64
  4.9 数据发送模块  64-66
  4.10 本章小结  66-68
5 系统调试与性能测试  68-78
  5.1 系统调试  68-74
    5.1.1 硬件测试  69
    5.1.2 逻辑调试  69-74
  5.2 性能测试及测试数据分析  74-77
    5.2.1 性能测试  74-75
    5.2.2 测试数据分析  75-77
  5.3 本章小结  77-78
6 总结与展望  78-80
  6.1 论文总结  78
  6.2 项目展望  78-80
致谢  80-82
参考文献  82-84
附录  84
  A.作者在攻读学位期间发表的论文目录  84
  B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：  84

一种基于低能X射线的快速探测采集系统研制

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