一种伪随机编码超声波驱动系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于超声波检测技术领域，具体涉及一种伪随机编码超声波驱动系统及方法。
【背景技术】
[0002]超声无损检测技术因具有被测对象范围广、检测深度大、缺陷定位准确、检测灵敏度高、速度快、对人体无害以及便于现场操作等特点，已成为现代产品质量检测与控制的重要方法和手段。
[0003]传统的单超声脉冲方法存在两个缺陷:①有效作用距离比较短。增加发射脉冲宽度减低频率可以提高发射功率，从而在一定程度上提高有效作用距离，但是宽发射脉冲又会降低测量分辨力。②窄脉冲高频信号可以获得较高的测量分辨力，但当待测距离较大时，窄脉冲的能量随着传播距离的增加会严重扩散，从而大大降低测量精度。因此，作用距离和测距分辨力是脉冲回波法测量中的一对矛盾。如何选择超声发射脉冲，使对回波信号处理后既能提高有效作用距离，又能提高测量精度，成为超声测量技术发展的一个重要方向。
[0004]伪随机序列良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，使其易于从信号或干扰中分离出来。伪随机序列的可确定性和可重复性，使其易于实现相关接收或匹配接收，因此有良好的抗干扰性能。伪随机序列的这些特性使得它在伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分离多径、数据加扰、信号同步、误码测试、线性系统、各种噪声源等方面得到了广泛的应用。
【发明内容】
[0005]本发明目的之一在于提供一种伪随机编码超声波驱动系统及方法，实现了频率可调、码长可选和输出脉冲电压可调的超声波。
[0006]本发明提供的一种伪随机编码超声波驱动系统，包括FPGA芯片、人机交互模块、伪随机脉冲电压转换器、超声波发射驱动模块、DC-DC高压可调电源和电源模块；
[0007]所述FPGA芯片连接所述人机交互模块、伪随机脉冲电压转换器和DC-DC高压可调电源，所述伪随机脉冲电压转换器通过所述超声波发射驱动模块连接超声波换能器，所述电源模块连接FPGA芯片、伪随机脉冲电压转换器和DC-DC高压可调电源；所述DC-DC高压可调电源连接所述超声波发射驱动模块；
[0008]所述FPGA芯片用于产生伪随机编码和对系统的控制；
[0009]所述人机交互模块包括键盘和IXD显示屏，用于对伪随机码频率、码长和DC-DC输出电压的设定和显示；
[0010]所述伪随机脉冲电压转换器用于对FPGA芯片产生的低压伪随机编码脉冲转化为高压脉冲，从而驱动所述超声波发射驱动模块；
[0011]所述超声波发射驱动模块用于输出高压伪随机编码脉冲，供给超声波换能器；
[0012]所述DC-DC高压可调电源用于接收FPGA芯片的输出电压调整指令，产生直流高压，供给所述超声波发射驱动模块；
[0013]所述电源模块用于为整个超声波驱动系统供电。
[0014]进一步的，所述伪随机脉冲电压转换器采用MOSFET驱动芯片。
[0015]进一步的，所述超声波发射驱动模块包括P型MOS管和N型MOS管，所述P型MOS管和N型MOS管连接成乙类工作状态，在伪随机编码的控制下交替工作。
[0016]进一步的，所述FPGA芯片包括SOPC System、伪随机编码转换模块和DC-DC电源控制模块，所述SOPC System包括N1s II处理器、Pseudo Random Code IP模块和P1模块，所述Pseudo Random Code IP模块通过伪随机编码转换模块连接所述伪随机脉冲电压转换器，所述P1模块通过所述DC-DC电源控制模块连接所述DC-DC高压可调电源。
[0017]进一步的，所述Pseudo Random Code IP模块可以根据N1s II处理器的指令产生不同频率和码长的二元伪随机编码。
[0018]进一步的，所述Pseudo Random Code IP模块包括频率生成器和伪随机序列生成器。
[0019]本发明还提供了一种伪随机编码超声波驱动方法，包括如下步骤:
[0020]通过人机交互模块对FPGA芯片设定伪随机编码参数；
[0021]所述FPGA芯片根据所述设定的伪随机编码参数计算伪随机编码的频率控制字和码长控制字；
[0022]所述FPGA芯片根据所述设定的伪随机编码参数计算DC-DC电源输出电压控制字；
[0023]Pseudo Random Code IP模块根据所述伪随机编码的频率控制字和码长控制字产生对应频率和码长的伪随机序列，发送给伪随机编码转换模块；
[0024]所述伪随机编码转换模块将所述Pseudo Random Code IP模块产生的伪随机序列转换成两路占空比为50%的低压编码脉冲，发送给伪随机脉冲电压转换器；
[0025]所述伪随机脉冲电压转换器将接收的所述伪随机编码转换模块的两路低压编码脉冲，转化为高压脉冲，用以驱动后端超声波发射驱动模块；
[0026]P1模块输出电压调整指令给所述DC-DC电源控制模块；
[0027]所述DC-DC电源控制模块将所述电压调整指令发送给所述DC-DC高压可调电源；
[0028]所述DC-DC高压可调电源根据所述电压调整指令，产生直流高压，供给所述超声波发射驱动模块；
[0029]所述超声波发射驱动模块输出高压伪随机编码脉冲，供给超声波换能器。本发明的有益效果在于，本发明实现了频率可调、码长可选和输出脉冲电压可调的超声波，频率精度高、体积小便携性好、连续工作时间长，操作方便。
【附图说明】
[0030]图1所示为本发明伪随机编码超声波驱动系统总体结构示意图。
[0031]图2所示为本发明伪随机编码超声波驱动系统具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下文将结合具体实施例详细描述本发明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
[0033]如图1所示，本发明提供的一种伪随机编码超声波驱动系统，包括FPGA芯片1、人机交互模块2、伪随机脉冲电压转换器3、超声波发射驱动模块4、DC-DC高压可调电源5和电源模块6 ；
[0034]FPGA芯片I连接人机交互模块2、伪随机脉冲电压转换器3和DC-DC高压可调电源5，伪随机脉冲电压转换器3通过超声波发射驱动模块4连接超声波换能器7，电源模块6连接FPGA芯片I和DC-DC高压可调电源5。
[0035]FPGA芯片I用于产生伪随机编码和对系统的控制，包括参数的输入、计算、传递和显不O
[0036]人机交互模块2包括键盘和IXD显示屏，用于对伪随机码频率、码长和DC-DC输出电压的设定和显示。
[0037]伪随机脉冲电压转换器3用于对FPGA芯片I产生的低压伪随机编码脉冲转化为高压脉冲，从而驱动超声波发射驱动模块4。
[0038]超声波发射驱动模块4用于输出高压伪随机编码脉冲，供给超声波换能器7。
[0039]DC-DC高压可调电源5用于接收FPGA芯片I的输出电压调整指令，产生直流高压，供给超声波发射驱动模块4。
[0040]电源模块6用于为整个超声波驱动系统供电，具体来说，该电源是由12V输出的大容量充电电池和电源管理电路组成，充分保证伪随机编码超声波驱动系统满足不同需求的电源供应。
[0041 ] 伪随机脉冲电压转换器3采用MOSFET驱动芯片。
[0042]超声波发射驱动模块4包括P型MOS管和N型MOS管，P型MOS管和N型MOS管连接成乙类工作状态，在伪随机编码的控制下交替工作。
[0043]本发明中的FPGA芯片I采用具有片上可编程系统(以下简称SOPC，System-on-a-ProgrammabIe-Chip)的现场可编程逻辑门阵列(FPGA，Field Programming Gate Array),控制外部电路和实现数据处理，系统集成度高、功耗低。
[0044]如图2所示，FPGA芯片I包括SOPC System8、伪随机编码转换模块9和DC-DC电源控制模块 10，S0PC System8 包括 N1s II 处理器 ll、Pseudo Random Code IP 模块 12 和P1模块13，Pseudo Random Code IP模块12通过伪随机编码转换模块9连接伪随机脉冲电压转换器3，P1模块13通过DC-DC电源控制模块10连接DC-DC高压可调电源5。
[0045]FPGA 芯片 I 还包括 Key IP、LCD IP、Epcs IP 和 Sdram IP。Key IP 连接键盘，L