超聲波自動(dòng)探傷設(shè)備運(yùn)算單元

FPGA 可以高速處理大量并行運(yùn)算算法，然而并行計(jì)算是以耗費(fèi)更多的硬件資源為代價(jià)的，設(shè)計(jì)時(shí)需要著重考慮，實(shí)際應(yīng)用中通常采用串行加并行的算法結(jié)構(gòu)。基于超聲波數(shù)字信號(hào)處理理論的算法有很多，許多都可以采用并行結(jié)構(gòu)來完成，如譜分析，小波分析等。在一次超聲波脈沖從觸發(fā)到回波接收的整個(gè)過程中，波形信號(hào)是非周期的，時(shí)域中信號(hào)的相關(guān)階數(shù)不大，所以在綜合考慮硬件資源的情況下，該類型信號(hào)的濾波算法結(jié)構(gòu)一般都可以設(shè)計(jì)成并行加串行處理方式的結(jié)構(gòu)。對(duì)于頻譜分析來說，F(xiàn)FT 頻譜分析還是目前最常用的方法，F(xiàn)PGA 實(shí)現(xiàn) FFT 算法——2 基 FFT 算法速度很快。本設(shè)計(jì)中運(yùn)算單元只涉及到 FIR 與 FFT 這兩種信號(hào)處理方式。

超聲回波經(jīng)超聲波探頭轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，由于該信號(hào)微弱（μV 級(jí)），其不可避免的會(huì)受到噪聲干擾，如電源波動(dòng)、元件的工作噪聲，線路布線抗性元件近場(chǎng)效應(yīng)，線路及元件間傳導(dǎo)噪聲，信號(hào)地線引入的噪聲（共模信號(hào)）等，超聲波信號(hào)檢測(cè)的工作就是對(duì)我們所關(guān)心的信號(hào)特征進(jìn)行分析，那么就要求信號(hào)特征不能因?yàn)樵肼暤拇嬖诙鵁o法分辨，通常小信號(hào)的時(shí)域波形的某些特征往往可能被噪聲掩蓋，所以需要對(duì)離散化的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波，抑制的噪聲的干擾。與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器有著精度高、設(shè)計(jì)靈活、無阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)，且不會(huì)引入外噪聲，性能穩(wěn)定可靠。

FFT 變換是為了得到信號(hào)的頻譜信息，根據(jù)第 2 章所述，超聲波信號(hào)在傳播過程中由于介質(zhì)吸收衰減或是介質(zhì)的非均勻性（材質(zhì)、構(gòu)造、溫度、形狀等），波形、幅值及波型都將發(fā)生變化，通常在時(shí)域下許多特征不顯著，為此需要借助頻譜來分析這些特征。