超声技能是无损检测的一种重要办法，许多数字探伤仪以单片机(MCU)为中心，单片机固有的功用瓶颈限制了仪器的功用指标和功用扩展，存在存储体积太小、实时性低一级缺点。
嵌入式体系是以运用为中心，以核算机技能为根底，硬件和软件可裁剪，习惯运用体系对功用、可靠性、本钱、体积和功耗等严格要求的专用核算机体系。
根据ARM的处理器具有杰出的功用并在嵌入式体系中得到了广泛的运用。在超高速数据收集方面， FPGA (Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列) 有着单片机和DSP 所无法比拟的优势。
FPGA 时钟频率高， 内部时延小，悉数操控逻辑由硬件资源完结， 速度快， 效率高，供给了强壮的信号处理才能，用于超声信号高速滤波和紧缩。
根据ARM和FPGA的嵌入式数字超声探伤体系完成高速收集超声检测信号，具有存储许多回波图画和数据的才能，并且完成了长途监控。
2 体系硬件结构
体系的硬件结构图如图1所示，由ARM中央处理器、FPGA、超声模仿前端和一些外设接口组成。本体系选用S3C2410A是一个由三星公司出产的32位的ARM920T核的微处理器，它是专门为手提设备规划，选用哈佛总线结构，具有MMU、AMBA总线。
图1 硬件结构图
S3C2410A供给了一套齐备的外围接口，有利于体系的扩展[3]。FPGA用于对超声回波信号进行处理。虽然此体系自带的存储空间是有限的(共128MB)，可是咱们能够经过USB接口将超声图画和数据转存到U盘。RS232用于嵌入式体系调试阶段并能够检查调试信息。
DM9000是彻底归纳的、本钱较低的单一快速以太网操控器芯片，具有通用的处理器接口，10/100M自习惯，以及4K双字节静态存取存储器。经过DM9000，探伤数据能够传输到长途的核算机上。
Linux操作体系存储在Flash上，探伤数据和图画暂存在DOC(Disk On Chip)。液晶显现器LCD(Liquid Crystal Display)已经成为现代外表用户界面的首要发展方向，它不只省电，并且能显现许多的信息，如各种文字、曲线等等，本项目选用320 240的256色的真彩色液晶显现器。
当体系开端运行时，探伤工人首要设置仪器参数，然后ARM向FPGA的相应寄存器下载参数，FPGA发生一个窄的脉冲来触发超声探头发射超声。
FPGA操控ADC(Analog-Digital Converter)以60MHz的速度收集回波信号，超声信号经过FPGA滤波后，再被紧缩成LCD屏幕的宽度，超声回波图画和检测结果在LCD屏幕上显现。
DAC(Distance Amplitude Compensation)曲线和报警闸口也用于辅佐探伤。图2(a)是咱们规划的超声探伤仪样品，图2(b)内部结构图。
图2 超声探伤仪
3 信号处理
FPGA首要对信号进行滤波和紧缩。前端回来的回波信号含有许多搅扰噪声，因而有必要先经过滤波处理。选用FIR滤波器来消除噪声，由公式(1)界说，x(n) 是输入的原始信号，y(n)是处理完的信号。FIR滤波器的长处是：体系总是安稳的，一切频率的输入信号发生相同的偏移，然后消除了相位歪曲。
(1)%20%20数据紧缩是从每帧数据中提取屏幕宽度(为320)的数据用来表明这帧数据。提取算法有必要保证每帧中最大的和最小的数据不能被漏掉，因而咱们首要将数据分红320段，然后分别在每段中寻觅最大最小值作为该段代表值。
4%20软件规划
因为Linux体系具有源码敞开、内核可定制削减、实时功用好等特色，在嵌入式工业操控范畴得到了广泛的运用。本规划选用最新的Linux内核(Linux2.6.16)，使得体系在响应速度，驱动功用等许多方面都远远优于传统的2.4%20%20内核。
超声探伤体系一起要处理的使命比较多，并且实时性要求高，因而在程序中运用多线程技能。和单线程比较，多线程程序能够并行履行多个操作，事情能够在他们抵达后马上得到处理。
如图3所示，本体系能够分为三个线程，分别为：(1)主线程%20用MiniGUI完成实时探伤、参数下载和报表打印三个模块的功用;(2)%20读数据线程%20%20用于读取实时探伤数据;(3)网络线程%20向上位机传送探伤数据并接纳上位机的操控指令。
图3 运用软件结构示意图
在探伤仪上，咱们以MiniGUI为根底来完成界面功用，在上位机上运用VC++6.0来开发并选用WinSock技能来完成网络功用。 MiniGUI是嵌入式 Linux 体系下一个轻量级的图形用户界面支撑体系， 具有占用资源少、高功用、高可靠性和可装备等特色，该技能现在已比较老练， 并已成功运用到许多嵌入式项目。
长途监控是指将操控和网络结合起来，经过核算机网络技能完成在异地对现场设备的监测和操控。在国外，已有公司开发了AutoNDT软件，将网络技能用于超声探伤中，经过Internet完成了长途探伤确诊和联网，并具有强壮的本地数据处理功用。
图4 网络体系结构图
如图4所示，长途监控体系选用客户端/服务器(C/S)形式，将探伤仪器设为服务器，上位机设为客户端。因为超声探伤常用于比较重要的职业，如火车钢轨、锅炉等缺点的检测，因而要求探伤数据准确性高，能够真实地、彻底地再现检测检测现场的数据。为完成这个意图，本项目网络衔接选用TCP/IP面向衔接的协议，来保证探伤数据传输的准确性。
探伤进程中，在上位机和探伤仪器上同步显现了相同的探伤波形及参数，在上位机上还能够经过网络向探伤仪下载仪器参数。因而，有经历的探伤专家能够经过上位机长途监测和辅导探伤进程，或许当探伤环境比较恶劣或风险时，探伤人员就不必亲自到现场，只需在办公室里经过网络来遥控探伤仪进行探伤，大大提高了探伤的自动化程度与灵活性。
5 结语
使用FPGA在高速信号收集及数字信号处理方面的优势，ARM9 CPU强壮的操控及接口功用，以及嵌入式Linux和MiniGUI为网络、可视化图形界面、多线程等编程供给的快捷高效的底层支撑，免费和敞开原码的优秀特性，开宣布的嵌入式通用探伤仪具有功用优异，功用丰厚、可靠性高、界面友爱、操作便当、性价比高级许多长处，在工业数字探伤仪范畴有极强的竞争力。
别的，一方面，因为有高功用FPGA做底层支撑，便于先进的信号处理办法在此仪器上的晋级(比如说小波改换和时频剖析理论运用于超声信号的处理);另一方面，因为有功用强壮，晋级便当的Linux操作体系支撑，为体系在硬件扩展和运用软件晋级等方面都供给了极大的便当。规划的超声探伤体系具有完善的软件功用，经过TCP/IP完成C/S形式下的跨渠道通讯，能够对超声探伤进行长途监控。
