基于ARM和Linux的超声导波管道检测系统

　　0　引言

　　近年来,在大型埋地管道、压力管道及其他距离较长的管材无损检测中,相对于传统的超声波检测技术,超声导波管道检测技术具有检测距离长、接收信号包含信息丰富等特点,可　节约大量的检测时间,提高检测效率,它在工程中的应用研究受到了广泛关注,其技术也正在趋于成熟。但目前大部分的超声导波研究仍处于实验室阶段,管道导波检测系统由多个分立　　设备组成,如任意函数发生器、示波器等,这些设备之间的搭接较复杂[1],其体积较大、成本较高、携带不方便,给场外检测带来了众多不便。随着嵌入式系统的不断发展,特别是嵌入式处　　理器运算能力的不断增强,管道超声导波检测系统实现小型化设计将是一种趋势,而在嵌入式设备中的图形用户界面(GraphicUser Interface,GUI)的开发中,Qt/Embedded以其面向对象、跨平台、界面设计更美观、开发工具丰富强大而得到了广泛的应用。介绍了采用性价比较高的微处理器ARM,并以Linux作为操作系统构建管道超声导波检测系统的设计方法。

　　1　管道超声导波检测系统的组成

　　管道超声导波检测系统主要由导波发射模块、回波接收模块、程控增益放大模块、A/D采集模块、USB存储模块、ARM9处理器核心模块等组成,系统框图如图1所示

　　系统的硬件部分以S3C2440A微处理器作为控制核心,该芯片使用ARM920T核,其工作频率最高可达533 MHz,具有丰富的外设标准接口。采用128MB NAND Flash, 64MB SDRAM　　等器件作为ARM的外围电路构建成嵌入式ARM平台。ARM发出的指令通过简单的数字逻辑电路控制发射电路、A/D采集电路等外设。发射电路产生的汉宁窗调制单音频的窄带激励　　信号经管道缺陷反射得到回波进入超声导波接收电路,然后经过限幅、滤波、程控放大,进行A/D采样,数据送到FIFO中,最后由ARM对数据进行处理和显示。

　　2　系统硬件设计

　　2. 1　发射模块

　　超声导波发射模块是超声导波检测的重要部分,它的性能决定了该系统所能达到的最终指标。针对超声导波具有频散及多模态的特殊性质[2],电路采用了特殊的发射电路,用超高　　速单片机DS89C430控制高速DAC (模数转换器)芯片AD9708,再经过一系列的滤波与放大电路实现汉宁窗调制10个周期单音频的窄带激励信号,如图2所示,图3给出了单片机与数模转换器的接口电路,可产生适合于激励超声导波的、中心频率为40~500 kHz之间的窄带激励信号。发射模块产生的超声导波窄带激励信号经功率放大后直接激励超声导波探头,在管道中可激发出超声导波。