[发明专利]一种基于FPGA的超声成孔检测方法

说明书

本发明涉及一种基于FPGA的超声成孔检测方法，通过在在绞车机构上安装单片机控制模块和FPGA信号处理模块，控制绞车将超声波探头沿充满泥浆的钻孔中心以一定速率下放，在探头下放过程中，每隔一定深度间距测量一组(四个)声时值作为该深度的测点声时。这样，从孔口到孔底通过记录超声波反射时间和反射强度，可计算出钻孔在不同深度处的孔径值并可反映出孔壁状况，上位机记录下不同深度的测点声时值并计算该深度孔径。当测量探头完成一次下降过程，上位机即可绘出测量孔的孔壁剖面图。当绞车机构在提升探头的过程中保持吊点不变且钢丝绳垂直，那么通过所测孔的孔壁剖面图可以得到成孔的垂直度参数。

技术领域

本发明涉及一种超声成孔检测方法及系统，特别是一种基于FPGA的超声成孔检测方法，属于工程检测技术领域。

背景技术

大型建筑、桥梁、地铁及海上工程普遍采用各种灌注桩等深基础形式。传统的成孔质量检测采用测绳测量孔深，钢筋探笼测量孔径，垂直度采用检查钢丝绳垂直度及吊紧桩锤上下升降后钢丝绳的变化测定，其方法较为粗糙，精度也较低，已无法满足大直径深长桩的成孔质量检测技术规范的要求。

超声波是指频率高于20000Hz的机械波。超声波具有频率高、波长短的特性，同时具有方向性好，超声波穿透力强，以及能在界面上产生超声波全反射的优点。超声波反射法是目前最为先进的成孔质量检测方法之一，可以一次性获得包括孔径、孔深、孔垂直度及孔壁状况等影响成孔质量的几乎所有参数，检测效率快、精度高。目前一些城市的地下铁路或者轨道交通建设中大量使用超声波成孔检测仪，同时海洋石油981深水半潜式钻井平台、舟山连岛工程、泰州长江大桥等一批国家大型重点工程中也都在使用。

目前国内外采用超声反射法成孔检测技术的公司主要有：日本KODEN公司、武汉天宸公司、上海东海站、上海岩联公司等。国内开发的成孔检测设备主要是基于高性能单片机，而国外的DM604型号产品采用独特的DSP信号处理技术区分孔壁回声和噪音，消除振荡回波，在检测效果方面要优于国内产品。

由于DSP处理器没有摆脱传统CPU(Central Processing Unit，中央处理器)顺序工作的模式，特别是DSP处理器采用软件指令顺序执行的方式，单一DSP数字信号处理器的数据处理速率很难达到高性能高速实时系统的需求。因此采用新的电子器件以满足超声成孔探测系统的高速数据处理速率要求势在必行。

FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)器件采用全硬件并行执行的结构，具有DSP通用处理器无可媲美的数据处理速度优势。利用FPGA开发超声成孔检测系统的硬件部分，并行处理(包括发射和接收)超声波信号，使用FPGA内置IP核(Intellectual Property core，知识产权核)进行数字信号处理，可以减少系统的外设，具有实现系统的低功耗、小型化发展的可能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于FPGA的超声成孔检测方法。

技术方案

一种基于FPGA的超声成孔检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在绞车机构上安装单片机控制模块和FPGA信号处理模块，单片机控制模块与上位机、绞车机构连接，FPGA信号处理模块与上位机、超声波探头连接；

步骤2：上位机给单片机控制模块发送控制绞车机构信号，给FPGA信号处理模块发送采集信号，FPGA信号处理模块给超声波探头发送超声波信号；

步骤3：绞车机构将超声波探头沿钻孔中心以一定速率下放，在超声波探头下放过程中，每隔一定深度间距测量一组4个超声回波信号；

步骤4：超声回波信号通过FPGA信号处理模块进行滤波后传送给上位机；