低能X射线探测器数据采集传输系统的研制-控制科学与工程专业论文.docxVIP

中文 中文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE VI 摘 要 工业计算机断层扫描成像技术（ICT）被誉为当今工业界最佳的无损检测技术， 随着科技进步及制造工艺的提升，被测物体内部结构日趋精密复杂，对工业 CT 检 测的图像分辨率也提出了更高的要求。而目前普遍使用的低能探测器分辨率不高， 且数据传输带宽无法满足逐渐增大的数据量需要。针对这一实际需求，课题设计 了一种低能 X 射线探测器的信号采集与数据传输系统方案，该系统可应用于小焦 点/微焦点 CT，实现对复杂精密器件的检测。 论文对低能 X 射线工业 CT 的探测器采集传输系统方案进行了研究，分别确 定了探测采集模块和数据传输模块的方案。探测采集模块使用 X-CARD 完成 X 射 线信号的采样，并由 AD7641 实现模数转换，然后采用 I2C 总线上传数据；数据传 输模块采用千兆以太网实现数据高速传输，传输层选用 UDP 用户数据报协议，数 据链路层功能由 FPGA 数字逻辑实现，物理层功能则由专用 PHY 芯片完成。 硬件方面，系统采集模块以 FPGA 为主控平台，采用 Altera 公司的 EP1C3T， 包括探测电路、AD 转换电路；探测器 X-CARD 0.2-256 以并行工作方式进行采样， 信号经 AD 电路转换后，数据送达 RAM 缓存，再通过 I2C 总线传送给数据传输模 块。系统传输模块主要包括 FPGA 配置电路、PHY 芯片电路，FPGA 选用 CycloneIII 系列的 EP3C25F，PHY 芯片采样 Marvell 公司的千兆以太网控制器 88E1111；实现 的功能为接收采集模块的数据，经 FPGA 的数字逻辑 MAC 层组装后，再通过 PHY 传输到上位机。 数字逻辑设计方面，采用自顶向下的设计思想，使用 Verilog HDL 语言编写程 序，完成了对采集模块 X-CARD 与 AD 时序控制、RAM 缓存、命令解析、数据 I2C 总线发送以及传输模块采样数据接收、UDP 协议千兆网 MAC 层等部分的逻辑设 计，并借助 QuartusII9.1 软件完成编译、综合、仿真；调试阶段通过嵌入式逻辑分 析仪 SignalTap II 进行信号观测，有效完善了逻辑设计。 性能测试分析方面，对系统传输速度与信号采样进行了测试，传输速度最高 可达 927Mbps，并且能够迅速准确地完成信号采样和传输；通过上位机软件对采 样数据进行了观测与分析，结果表明性能良好，能够达到系统预期效果。 关键词：工业 CT，X 射线探测器，数据采集传输，FPGA， UDP 协议 英文摘 英文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT Industrial computer tomography technology (ICT) is known as the best nondestructive testing techniques in HYPERLINK /w/industrial/ industrial HYPERLINK /search?q=communityamp;keyfrom=E2Ctranslation community. It not only can offer a clear and accurate reproduction of the internal structure of the object to be detected, and can give material composition and geometry of the internal details quantitatively. As technology progress and manufacturing process improve, and the internal structure becomes increasingly sophisticated, therefore, the resolution of image detected by industrial CT is also put forward to higher requirements. For the actual demand, a solution for low-energy X-ray array detector signal acquisition and data transmission system was designed in this topic. The system can be applied to small focus / micro-focus C