基于FPGA的鋼絲繩漏磁無損檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：提出一種以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為硬件核心的鋼絲繩漏磁無損檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了外圍電路并對(duì)嵌入式IP軟核進(jìn)行了配置，利用C語言和VHDL硬件描述語言編寫了檢測(cè)系統(tǒng)軟件程序。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)具有功耗低、運(yùn)算能力強(qiáng)、精度高、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列；漏磁；嵌入式；IP軟核

漏磁檢測(cè)技術(shù)是一種重要的無損檢測(cè)方法。主要應(yīng)用于工業(yè)，如輸油氣管路、儲(chǔ)油罐底板、鋼絲繩、鋼板、鋼管等鐵磁性材料的檢測(cè)，包括表面和近表面的腐蝕、裂紋、氣孔、凹坑、夾雜等缺陷的檢測(cè)，也可用于鐵磁性材料的測(cè)厚。
漏磁檢測(cè)均需在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，因此對(duì)于檢測(cè)設(shè)備的體積、重量、精度等參數(shù)均有較高要求。文中提出一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPG A，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)的漏磁無損檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用FPGA為硬件核心，依靠FPGA的快速運(yùn)算能力，減少檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)精度，并且FPGA功耗較低，有利于設(shè)備小型化，使之能夠?qū)崿F(xiàn)在線檢測(cè)的要求。

1 系統(tǒng)工作原理與硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)通過勵(lì)磁裝置對(duì)被測(cè)鋼絲繩進(jìn)行磁化，利用聚磁回路加強(qiáng)漏磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁敏傳感器探測(cè)漏磁信號(hào)；由數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)抑制噪聲，增大微弱信號(hào)幅度，并通過對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，提取有用信號(hào)，根據(jù)信號(hào)中包含的有效信息，判斷出鋼絲繩的損壞程度；同時(shí)可由數(shù)據(jù)輸出模塊顯示、存儲(chǔ)并傳輸所需信息。本系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)包括外圍硬件電路搭接和嵌入式軟核的配置兩大部分。系統(tǒng)外觀如圖1所示。

1．1 總體硬件電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用的FPGA芯片是altera公司出品的CycloneⅡ系列的EP2C35。基本硬件電路組成主要包括信號(hào)預(yù)處理電路、位置編碼器、A／D采集轉(zhuǎn)換電路、FPGA系統(tǒng)、存儲(chǔ)器及USB電路、人機(jī)接口電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。