一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)因具有被測(cè)對(duì)象范圍廣、檢測(cè)深度大、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、速度快、對(duì)人體無(wú)害以及便于現(xiàn)場(chǎng)操作等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)代產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)與控制的重要方法和手段。
[0003]傳統(tǒng)的單超聲脈沖方法存在兩個(gè)缺陷:①有效作用距離比較短。增加發(fā)射脈沖寬度減低頻率可以提高發(fā)射功率，從而在一定程度上提高有效作用距離，但是寬發(fā)射脈沖又會(huì)降低測(cè)量分辨力。②窄脈沖高頻信號(hào)可以獲得較高的測(cè)量分辨力，但當(dāng)待測(cè)距離較大時(shí)，窄脈沖的能量隨著傳播距離的增加會(huì)嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，從而大大降低測(cè)量精度。因此，作用距離和測(cè)距分辨力是脈沖回波法測(cè)量中的一對(duì)矛盾。如何選擇超聲發(fā)射脈沖，使對(duì)回波信號(hào)處理后既能提高有效作用距離，又能提高測(cè)量精度，成為超聲測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。
[0004]偽隨機(jī)序列良好的隨機(jī)性和接近于白噪聲的相關(guān)函數(shù)，使其易于從信號(hào)或干擾中分離出來(lái)。偽隨機(jī)序列的可確定性和可重復(fù)性，使其易于實(shí)現(xiàn)相關(guān)接收或匹配接收，因此有良好的抗干擾性能。偽隨機(jī)序列的這些特性使得它在偽碼測(cè)距、導(dǎo)航、遙控遙測(cè)、擴(kuò)頻通信、多址通信、分離多徑、數(shù)據(jù)加擾、信號(hào)同步、誤碼測(cè)試、線性系統(tǒng)、各種噪聲源等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的之一在于提供一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及方法，實(shí)現(xiàn)了頻率可調(diào)、碼長(zhǎng)可選和輸出脈沖電壓可調(diào)的超聲波。
[0006]本發(fā)明提供的一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括FPGA芯片、人機(jī)交互模塊、偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器、超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊、DC-DC高壓可調(diào)電源和電源模塊；
[0007]所述FPGA芯片連接所述人機(jī)交互模塊、偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器和DC-DC高壓可調(diào)電源，所述偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊連接超聲波換能器，所述電源模塊連接FPGA芯片、偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器和DC-DC高壓可調(diào)電源；所述DC-DC高壓可調(diào)電源連接所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊；
[0008]所述FPGA芯片用于產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼和對(duì)系統(tǒng)的控制；
[0009]所述人機(jī)交互模塊包括鍵盤和IXD顯示屏，用于對(duì)偽隨機(jī)碼頻率、碼長(zhǎng)和DC-DC輸出電壓的設(shè)定和顯示；
[0010]所述偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器用于對(duì)FPGA芯片產(chǎn)生的低壓偽隨機(jī)編碼脈沖轉(zhuǎn)化為高壓脈沖，從而驅(qū)動(dòng)所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊；
[0011]所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊用于輸出高壓偽隨機(jī)編碼脈沖，供給超聲波換能器；
[0012]所述DC-DC高壓可調(diào)電源用于接收FPGA芯片的輸出電壓調(diào)整指令，產(chǎn)生直流高壓，供給所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊；
[0013]所述電源模塊用于為整個(gè)超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電。
[0014]進(jìn)一步的，所述偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器采用MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片。
[0015]進(jìn)一步的，所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊包括P型MOS管和N型MOS管，所述P型MOS管和N型MOS管連接成乙類工作狀態(tài)，在偽隨機(jī)編碼的控制下交替工作。
[0016]進(jìn)一步的，所述FPGA芯片包括SOPC System、偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊和DC-DC電源控制模塊，所述SOPC System包括N1s II處理器、Pseudo Random Code IP模塊和P1模塊，所述Pseudo Random Code IP模塊通過(guò)偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊連接所述偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器，所述P1模塊通過(guò)所述DC-DC電源控制模塊連接所述DC-DC高壓可調(diào)電源。
[0017]進(jìn)一步的，所述Pseudo Random Code IP模塊可以根據(jù)N1s II處理器的指令產(chǎn)生不同頻率和碼長(zhǎng)的二元偽隨機(jī)編碼。
[0018]進(jìn)一步的，所述Pseudo Random Code IP模塊包括頻率生成器和偽隨機(jī)序列生成器。
[0019]本發(fā)明還提供了一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)方法，包括如下步驟:
[0020]通過(guò)人機(jī)交互模塊對(duì)FPGA芯片設(shè)定偽隨機(jī)編碼參數(shù)；
[0021]所述FPGA芯片根據(jù)所述設(shè)定的偽隨機(jī)編碼參數(shù)計(jì)算偽隨機(jī)編碼的頻率控制字和碼長(zhǎng)控制字；
[0022]所述FPGA芯片根據(jù)所述設(shè)定的偽隨機(jī)編碼參數(shù)計(jì)算DC-DC電源輸出電壓控制字；
[0023]Pseudo Random Code IP模塊根據(jù)所述偽隨機(jī)編碼的頻率控制字和碼長(zhǎng)控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率和碼長(zhǎng)的偽隨機(jī)序列，發(fā)送給偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊；
[0024]所述偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊將所述Pseudo Random Code IP模塊產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列轉(zhuǎn)換成兩路占空比為50%的低壓編碼脈沖，發(fā)送給偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器；
[0025]所述偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器將接收的所述偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊的兩路低壓編碼脈沖，轉(zhuǎn)化為高壓脈沖，用以驅(qū)動(dòng)后端超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊；
[0026]P1模塊輸出電壓調(diào)整指令給所述DC-DC電源控制模塊；
[0027]所述DC-DC電源控制模塊將所述電壓調(diào)整指令發(fā)送給所述DC-DC高壓可調(diào)電源；
[0028]所述DC-DC高壓可調(diào)電源根據(jù)所述電壓調(diào)整指令，產(chǎn)生直流高壓，供給所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊；
[0029]所述超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊輸出高壓偽隨機(jī)編碼脈沖，供給超聲波換能器。本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了頻率可調(diào)、碼長(zhǎng)可選和輸出脈沖電壓可調(diào)的超聲波，頻率精度高、體積小便攜性好、連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，操作方便。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1所示為本發(fā)明偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2所示為本發(fā)明偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下文將結(jié)合具體實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括FPGA芯片1、人機(jī)交互模塊2、偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3、超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4、DC-DC高壓可調(diào)電源5和電源模塊6 ；
[0034]FPGA芯片I連接人機(jī)交互模塊2、偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3和DC-DC高壓可調(diào)電源5，偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3通過(guò)超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4連接超聲波換能器7，電源模塊6連接FPGA芯片I和DC-DC高壓可調(diào)電源5。
[0035]FPGA芯片I用于產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼和對(duì)系統(tǒng)的控制，包括參數(shù)的輸入、計(jì)算、傳遞和顯不O
[0036]人機(jī)交互模塊2包括鍵盤和IXD顯示屏，用于對(duì)偽隨機(jī)碼頻率、碼長(zhǎng)和DC-DC輸出電壓的設(shè)定和顯示。
[0037]偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3用于對(duì)FPGA芯片I產(chǎn)生的低壓偽隨機(jī)編碼脈沖轉(zhuǎn)化為高壓脈沖，從而驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4。
[0038]超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4用于輸出高壓偽隨機(jī)編碼脈沖，供給超聲波換能器7。
[0039]DC-DC高壓可調(diào)電源5用于接收FPGA芯片I的輸出電壓調(diào)整指令，產(chǎn)生直流高壓，供給超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4。
[0040]電源模塊6用于為整個(gè)超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，具體來(lái)說(shuō)，該電源是由12V輸出的大容量充電電池和電源管理電路組成，充分保證偽隨機(jī)編碼超聲波驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)滿足不同需求的電源供應(yīng)。
[0041 ] 偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3采用MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片。
[0042]超聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)模塊4包括P型MOS管和N型MOS管，P型MOS管和N型MOS管連接成乙類工作狀態(tài)，在偽隨機(jī)編碼的控制下交替工作。
[0043]本發(fā)明中的FPGA芯片I采用具有片上可編程系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱SOPC，System-on-a-ProgrammabIe-Chip)的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA，F(xiàn)ield Programming Gate Array),控制外部電路和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)集成度高、功耗低。
[0044]如圖2所示，F(xiàn)PGA芯片I包括SOPC System8、偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊9和DC-DC電源控制模塊 10，S0PC System8 包括 N1s II 處理器 ll、Pseudo Random Code IP 模塊 12 和P1模塊13，Pseudo Random Code IP模塊12通過(guò)偽隨機(jī)編碼轉(zhuǎn)換模塊9連接偽隨機(jī)脈沖電壓轉(zhuǎn)換器3，P1模塊13通過(guò)DC-DC電源控制模塊10連接DC-DC高壓可調(diào)電源5。
[0045]FPGA 芯片 I 還包括 Key IP、LCD IP、Epcs IP 和 Sdram IP。Key IP 連接鍵盤，L