一种相控阵超声检测数据采集与处理装置

摘要

本发明公开了一种相控阵超声检测数据采集与处理装置，包括USB总线和主控计算机；USB总线通信依次连接有数据采集与处理卡组件、64阵元超声相控阵列换能器；数据采集与处理卡组件含有16个完全相同的数据采集与处理卡；数据采集与处理卡包括有相配合连接的四路超声发射/接收及信号预处理电路、A/D转换模块、FPGA模块和DSP微处理器模块、复位电路、电源模块，数据采集与处理卡组件具有64个输入通道，16个输出通道，其中，每4个输入通道和1个输出通道对应有一个数据采集与处理卡；通过控制换能器阵列中各阵元的激励或接收脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射或接收声波到达或来自物体内某点时的相位关系，实现声束的灵活偏转和聚焦，选用所需阵元组也能实现声束位置的横向运动。

主权项

一种相控阵超声检测数据采集与处理装置，包括USB总线(3)及其相连接的主控计算机(4)；其特征是：所述的USB总线(3)通信连接有数据采集与处理卡组件(2)，所述的数据采集与处理卡组件(2)连接有64阵元超声相控阵列换能器(1)；所述的数据采集与处理卡组件(2)含有16个完全相同的数据采集与处理卡(21)；所述的数据采集与处理卡(21)包括有相配合连接的四路超声发射/接收及信号预处理电路(5)、A/D转换模块(6)、FPGA模块(7)、DSP微处理器模块(8)、复位电路(9)和电源模块(10)，所述的数据采集与处理卡组件(2)具有64个输入通道，16个输出通道，其中，每4个输入通道和1个输出通道对应有一个所述的数据采集与处理卡(21)；在所述的数据采集与处理卡(21)中有一个4选1模拟开关，以选择其中的一个通道，1个至16个通道的选择，实现了超声相控阵列换能器阵元数的选通；16个所述的数据采集与处理卡(21)内均集成了完全相同的四路超声发射/接收及信号预处理电路(5)；所述的64阵元超声相控阵列换能器(1)能实现超声波的发射与接收，通过控制换能器阵列中各阵元的激励或接收脉冲的时间延迟，改变由各阵元发射或接收声波到达或来自物体内某点时的相位关系，实现声束的灵活偏转和聚焦，选用所需阵元组也能实现声束位置的横向运动；所述的四路超声发射/接收及信号预处理电路(5)包括有超声相控阵换能器信号输入电路(51)、多路模拟开关(52)、带通滤波电路(53)、预放大电路(54)和可控增益放大电路(55)；超声相控阵换能器信号输入电路(51)与多路模拟开关(52)的输入端相连，多路模拟开关(52)的输出端与带通滤波电路(53)的输入端相连，带通滤波电路(53)的输出端与预放大电路(54)的输入端相连，预放大电路(54)的输出端与可控增益放大电路(55)的输入端相连，可控增益放大电路(55)的输出端与A/D转换模块(6)的输入端相连，用于选通一路超声回波信号并对其进行放大和带通滤波，并送至A/D转换模块(6)等待采样；所述的FPGA模块(7)包括FPGA芯片(71)、FPGA配置电路(72)、晶振电路(73)、JTAG接口电路(74)、AS接口电路(75)；所述的FPGA芯片(71)的第一接口连接所述的DSP微处理器模块(8)，用于控制A/D进行采样，采样结束后，将采样结果存储到FPGA中的FIFO缓存区，同时生成一个采样结束脉冲信号作为DSP的一个外部中断信号，通知DSP提取采样结果；FPGA芯片(71)的第二接口连接JTAG接口电路(74)，用来下载程序和调试程序；FPGA芯片(71)的第三接口连接FPGA配置电路(72)，FPGA配置电路(72)连接AS接口电路(75)，以AS模式下载程序至FPGA配置电路(72)，内部的程序供所述的FPGA模块(7)调用，即使掉电后程序代码也不会消失；FPGA芯片(71)的第四接口连接所述的晶振电路(73)，晶振电路(73)提供100MHz的振荡信号，并利用FPGA芯片(71)内部的分频电路得到采样时钟，单通道最高采样频率为62.5MHz。