基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集系统及其方法

技术领域

本发明涉及钢丝绳无损探伤技术，特别涉及一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集系统及其方法。

背景技术

钢丝绳具有强度高、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强等许多特点，在煤炭、冶金、交通、旅游等行业得到广泛应用。在使用过程中，钢丝绳会发生不同程度的各种损伤，如果不能及时检测出损伤严重的钢丝绳并及时更换，将会存在重大安全隐患。为了保证钢丝绳的使用安全，需要使用无损探伤仪对钢丝绳的状态进行无损探伤检测。

目前钢丝绳无损探伤装置对数据进行采集时，各路传感器多采用串行顺序执行，各路数据的同步性难以保证，易造成数据错位，将会对后续分析带来极大的误差，甚至造成误判或漏判。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集系统及其方法，能同时并行运行，提高系统检测的精确性、准确性和实时性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集系统，包括有若干沿钢丝绳径向分布同步进行漏磁检测的磁通门传感器、根据钢丝绳空间位置产生定位脉冲的空域定位脉冲器、耦接于磁通门传感器及空域定位脉冲器以进行数据采集与分析的FPGA芯片；还包括有耦接于FPGA芯片以进行操作设置的上位机；

所述FPGA芯片包括有耦接于上位机以进行控制处理的主控模块、若干并行采集获取磁通门传感数据的磁通门数据采集模块、耦接于空域定位脉冲器以对脉冲信号进行采集及计数的空域定位脉冲计数模块；所述主控模块接收并响应于所述磁通门数据采集模块采集获取的磁通门传感数据及空域定位脉冲计数模块采集获取的脉冲数据。

作为优选，所述FPGA芯片还包括有耦接于磁通门数据采集模块及空域定位脉冲计数模块以进行数据缓冲并传输至所述主控模块的缓冲模块。

作为优选，所述缓冲模块为32位先入先出缓冲模块。

作为优选，所述主控模块包括有耦接于磁通门数据采集模块及空域定位脉冲计数模块的设备参数设置单元、耦接于上位机以进行信号传输的上位机接口单元。

作为优选，所述上位机与所述FPGA芯片之间为有线连接或蓝牙无线连接。

作为优选，还包括有对采集数据进行存储的SD卡数据存储器，所述主控模块还包括有耦接于SD卡数据存储器以进行数据存储传输的数据存储单元。

作为优选，还包括有耦接于磁通门传感器与磁通门数据采集模块之间进行信号模数转换的A/D转换器；所述A/D转换器、磁通门数据采集模块设置有若干且均与所述磁通门传感器一一对应。

一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集方法，包括有以下步骤：

在FPGA芯片上创建主控模块，用于实现系统的主控；在FPGA芯片上例化若干个并行运行的磁通门数据采集模块；

磁通门数据采集模块并行运行，将磁通门传感器采集数据经A/D转换后的数字信号写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；

在FPGA芯片上例化一个空域定位脉冲计数模块，实时捕获钢丝绳空域定位器产生的钢丝绳空间位置定位脉冲；

空域定位脉冲计数模块将钢丝绳定位脉冲数写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；

主控模块分析并存储磁通门传感器数据采集模块、空域定位脉冲计数模块采集到的数据；

主控模块通过上位机接口模块与上位机通信，向上位机传送设备工作状态信息，并且接收上位机发来的设置命令，对装置的工作参数进行设置。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过采用多通道磁通门数据采集模块、空域定位脉冲计数模块以及对钢丝绳无损探伤数据进行采集处理的FPGA芯片，使得在钢丝绳无损探伤数据采集系统中，可以实现所有模块的同时并行运行，使得系统能够同时、同步处理不同模块的进程，改变了现有技术中的所有流程按照单线程顺序执行的缺陷，大大地提升了系统检测的精确性、准确性和实时性。

附图说明

图1为本系统的结构示意框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集系统，如图1所示，包括有多通道磁通门传感器、空域定位脉冲器以及FPGA芯片，还包括有进行操作设置的上位机。

磁通门传感器设置有若干，且均沿着钢丝绳径向分布，可实现同步数据采集，通过漏磁信号用于分析钢丝绳受损状况，空域定位脉冲器根据钢丝绳空间位置产生定位脉冲，协助追溯定位受损部位。每一磁通门传感器均耦接有将采集的磁通门传感数据进行模数转换的A/D转换器，并通过转换后连接传输至FPGA芯片。

FPGA芯片包括有磁通门数据采集模块、空域定位脉冲计数模块、缓冲模块、主控模块。磁通门数据采集模块设置有若干，且一一对应耦接于A/D转换器，并行采集获取磁通门传感数据的磁通门数据采集模块。磁通门数据采集模块根据设定的频率读取A/D转换器转换获取的磁通门传感数据。如图1所示，举例设置有磁通门传感器6个，分别为磁通门1-6，并且对应磁通门数据采集模块设置有6个，分别编号1-6与磁通门传感器相对应。

空域定位脉冲计数模块耦接于空域定位脉冲器，对产生的脉冲信号进行实时采集及计数，计算出钢丝绳的实际位置。缓冲模块耦接于磁通门数据采集模块及空域定位脉冲计数模块，获取磁通门传感数据及脉冲数据并做数据缓冲处理，缓冲模块优选为32位先入先出缓冲模块(FIFO)，32位先入先出缓冲模块，用于暂存系统采集到的各类数据，待主控模块读取并进行存储。主控模块耦接于缓冲模块，读取磁通门传感数据及脉冲数据并进行分析处理。

主控模块包括有设备参数设置单元、上位机接口单元及数据存储单元。主控模块优选为Microblaze软核，并优选采用Verilog HDL编程。设备参数设置单元耦接于每一个磁通门数据采集模块及空域定位脉冲计数模块，进行参数设置。上位机接口单元耦接于上位机，通过上位机接口单元将实时采集获得的各路磁通门数据及脉冲数据、设备工作参数传输至上位机，并且将设置的系统设置命令传输至FPGA芯片，完成交互，上位机接口模块可为有线数据通信，也可采用无线数据通信，优选采用同时装备有RS232接口及蓝牙数据通信。

还包括有对数据进行存储的SD卡存储器，SD卡存储器耦接于主控模块的数据存储计数模块，数据存储计数模块对数据进行实时存储，将采集得到的各路磁通门数据、空域定位器脉冲计数数据写入SD卡中，供事后分析。

系统通过无损探伤装置携带上述的磁通门传感器，所有模块并行运行，确保数据的定点同步，确保若干个磁通门数据采集模块构成的一组数据是沿着钢丝绳径向布置的若干个磁通门传感器在同一位置同一时刻的磁场数据，以对钢丝绳无损探伤仪后期的数据分析。

根据一个或多个实施例，公开了一种基于FPGA的钢丝绳无损探伤数据采集方法，包括有以下步骤：

在FPGA芯片上创建主控模块，用于实现系统的主控；在FPGA芯片上例化若干个并行运行的磁通门数据采集模块；

磁通门数据采集模块并行运行，将磁通门传感器采集数据经A/D转换后的数字信号写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；

在FPGA芯片上例化一个空域定位脉冲计数模块，实时捕获钢丝绳空域定位器产生的钢丝绳空间位置定位脉冲；

空域定位脉冲计数模块将钢丝绳定位脉冲数写入先进先出缓存模块，供主控模块读取；

主控模块分析并存储磁通门传感器数据采集模块、空域定位脉冲计数模块采集到的数据；

主控模块通过上位机接口模块与上位机通信，向上位机传送设备工作状态信息，并且接收上位机发来的设置命令，对装置的工作参数进行设置。

FPGA芯片中的各模块可通过软核或硬核的方式实现，其中，硬核的实现方式中，各模块可实现在不同的晶片上，并封装在一起。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。