数字宽频超声探测电路系统设计与应用

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1、DesignandApplicationofDigitalBroadbandUltrasonicDetectionCircuitSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LuLuSupervisor：Prof.WeiGangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要目前最常见的超声探测相关应用多是直接利用相关波形时域信息，采用的信号发生器也多为模拟系统。这类探测系统获取信息有限，精度不高且移动性差。数字宽频超声探测电

2、路系统利用数字信号抗干扰强，可根据需要生成任意探测信号，且可以对回波信号进行各类复杂算法分析。在此基础上，笔者所在国家移动超声探测工程技术研究中心提出以发送宽带调频信号以增大探测信息量，提升探测能效以及探测精度并最终实现移动超声探测作为主要研究方向。本文主要工作为为中心研究课题提供相关平台，即设计搭建高速率高精度数字宽频超声探测电路系统。论文的第二章主要介绍了超声波特性、超声波常见应用以及不同类型超声换能器。第三章引入了数字宽频超声探测电路系统的具体组成结构，并与传统模拟超声探测系统进行了性能对比，之后提出了用于计算数字超声探测系统固有频响的算

3、法。第四章设计搭建了一个数字有线宽频超声探测电路系统，并在此套系统上进行了超声换能器频响实验以及超声测距实验对系统进行应用验证。针对数字有线宽频超声探测电路系统移动性差的短板，第五章设计了一个数字无线宽频超声探测电路系统，实现将数据处理与探测前端分离，设计出低功耗的探测前端，降低各类探测应用的成本，成为移动超声探测有效解决方案，并对该系统进行相关验证实验，并将实验结果与第四章的实验结果进行对比分析。本文主要创新点在于：1.将线性调频信号作为探测信号，以提高信息量来获得探测高精度。2.设计的两类系统均为数字系统，不受探测信号限制，可以为不同待测系

4、统选择最佳参数探测信号及与其匹配的超声换能器，对回波信号进行各类分析计算力求最大程度反映所载信息，探测系统不再受限于一种应用场景。两类系统可根据实际探测需要进行通道扩展，只需相应增加信号转换模块芯片即可实现多探测数量通道同时探测及分析。3.数字无线宽频超声探测电路系统将数据处理模块与探测前端分离，为两者提供无线高速数据传输方案，探测数据处理交由后台处理，实现移动便携式探测。关键词：超声波；数字宽频；高精度；移动探测IABSTRACTCurrently,mostcommonultrasonicdetectionapplicationsusethe

5、echoinformationintimefieldandthedetectingsignalstheyusearegeneratedbyanalogsignalgenerators.Thesesystemscouldonlygetlimitedinformationwithlowaccuracyandpoormobility.Digitalbroadbandultrasonicdetectioncircuitsystemownsstronganti-jammingcapabilitybyusingdigitaldetectingsignals

6、.Anytypesofsignalscanbegenerated,complexanalysismethodsareusuallyemployedinechosignalprocessingaswell.Thenonthisbase,NationalEngineeringTechnologyResearchCenterforMobileUltrasonicDetectionwheretheauthorbelongsconsidersrealizingmobileultrasonicdetectionasitsresearchdirectionb

7、yusingWBFMtoraisequantityofinformation,detectingprecisionandefficiency.Thethesisismainlyaboutconstructinghigh-speedandhigh-accuracydigitalbroadbandultrasonicdetectioncircuitsystemtoprovidetestplatformfortheresearchofthecenter.Inthesecondchapter,thethesisintroducedthecharacte

8、risticsandapplicationsofultrasonicanddifferenttypesofultrasonicsensors.Inth