Author(s):
David Lines – Diagnostic Sonar Ltd.
Industry:
Machine Vision/Imaging, Aerospace/Avionics
Products:
LabVIEW, LabVIEW FPGA Module, Vision, PXI/CompactPCI, Digitizers/Oscilloscopes
The Challenge:
创立一个用于快速搜集面向高档无损探伤运用的超声相控阵列回波信号的、可弹性的、低本钱体系。
The Solution:
运用NI PXI 操控器与机箱、多通道高速量化仪和可重新装备的I/O FPGA 实时操控器，以及NI LabVIEW 软件，规划一个具有严厉守时与同步的可扩展的搜集体系，以履行面向实时超声图画处理的相控阵列数据搜集。
布景
超声相控阵列已经在医学图画处理范畴内运用多年，但由于本钱和复杂度的约束，该技能直到最近才在无损探伤（NDE）范畴完成有限的成功运用。确诊声纳有限公司在航空NDE的实时图画处理中已经有三十年的阵列技能运用经历。这一布景支撑咱们首先研讨一项新的首要功用――所谓的彻底原始数据（FRD）的搜集与处理，它赋予客户明显的技能优势，但也对数据搜集软硬件提出了新的应战。
传统的脉冲回波超声阵列图画处理技能触及超声阵列中一组元素的相位鼓励――不同元素之间匹配不同传达途径的推迟以生成具有特定聚集和方向的光束。模仿接纳进程触及在刺进不同的推迟后将一组类似元素的信号相组合。这些时延能够随时刻改变，以便承受焦点盯梢传输脉冲，这个进程称为动态聚集。图画由一个扫描爱好区域所得的光束序列组成。假如帧速率超越15 赫兹，用户则以为这是实时功用。但是，区域掩盖则要求高得多的数据速率，一般要到达100 赫兹。
与之相反，FRD搜集一切发送和接纳元素组合的脉冲回波数据，并经过后续处理生成所得到的成果图画，从而支撑发送及接纳的动态聚集以取得最佳精度。该项新技能还供给了数项共同的或许处理，例如非线性光束成形与后向散射剖析。
从前的体系约束
咱们从前的图画处理体系“裂纹探测体系”是根据PC 的，运用NI图画搜集板卡以及LabVIEW搜集非标准视频格局的超声图画数据。咱们挑选LabVIEW，是因为它满意了咱们的开始需求――能够快速开发简略而强壮的用户界面、方便地操控现成可用硬件、定制硬件以及运用NI 视频开发模块完成实时图画搜集与处理。这样的软硬件组合十分合适“传统的”实时脉冲回波图画处理运用。但是，图画处理板块的单通道特性约束了FRD 的区域掩盖速率。仅有的解决方案就是并行搜集，但并行搜集多个图画处理板卡的本钱高得惊人。确诊声纳公司运用NI LabVIEW 软件与PXI 硬件，规划了一个面向实时超声图画处理的相控阵列数据搜集体系。
NI 体系解决方案
该解决方案就是移植至NI PXI-5105 多通道数字化仪/ 根据PC 的示波器，该产品的灵活性足以处理咱们需求的图画格局，并供给了一个简略的软件更新办法。
每台NI PXI-5105 经过八个通道进行数据搜集，支撑单个模块替换八个图画搜集板卡的任一个，并明显降低本钱、减小尺度。咱们能够仅运用四个模块完成一个32-通道的搜集体系。PXI-5105还完成了功用的进步――比较咱们从前体系的40 MS/s采样率下10-位的精度，该体系为60 MS/s 采样率下12- 位的精度。
一切搜集板卡间的严厉同步根本是必需的，因而，咱们在星形触发器插槽内运用一个NI PXI-7830R，用于早先在定制FPGA 中完成的要害守时与操控功用。
运用每个模块的八个通道、高精度采样（幅值与时刻）、多记载格局和一个面向LabVIEW的标准化的驱动程序接口，PXI-5105凭仗其灵活性与模块性完成了一个通道容量几乎不受约束的巩固体系，因而，咱们能够方便地装备体系以满意客户的功用需求与预算要求。
应战
FRD办法引入了两大首要应战。第一个应战就是数据中数量级的增加，这或许远远超出总线传输的容量。PXI-5105 的板上供给了缓存功用，使得传输受限于均匀速率而不是峰值速率。当对较小区域进行十分快速数据搜集时，咱们会超越这一速率；在此情况下，一旦搜集数据溢出时，板上内存足以包容一切传输数据。第二个应战就是在搜集进程中将数据重构成图画的必要性。咱们发现NI 视觉开发模块的速率足以实时履行这一根本图画处理操作。
总结
NI硬件与NI LabVIEW软件已经在面向无损探伤运用的确诊声纳公司的“裂纹检测体系”超声相控阵列图画处理设备最新系列中证明了其本身价值。咱们新的FRD 数据搜集办法为客户供给了许多技能优势，但现有的单通道装备会导致区域掩盖速率的明显下降。咱们需求多个数据搜集通道，但多个单通道板卡带来的额定本钱与尺度并不可行。PXI-5105 所供给的解决方案不只能够扩展以满意客户的需求，还具有供给简略的软件移植办法的记载功用。
