基于Android平台的超声相控阵探伤仪软件设计

论文总字数：28661字

摘 要

超声相控阵检测技术是无损检测领域一种重要的检测技术，在工业探伤中应用广泛。与传统的超声检测技术相比，它具有灵敏度高、稳定性好、扫描速度快、可视化成像等优点，成为了无损检测领域的研究热点。论文主要论述了基于Android平台的超声相控阵探伤仪软件的设计。

在调研了超声相控阵的原理的基础上对软件需求进行了分析。确定了软件功能和性能的需求，并设计了软件架构。根据功能将软件划分为软件界面、USB通信、数据处理和图形显示四个模块，并提出了使用fragment控件进行图形界面的构建、使用FTDI公司提供的d2xx驱动程序实现USB通信、使用OpenGL ES实现图形高效显示的设计方案。为了提高该方案在Android系统的运行效率，在加深对Android系统理解的基础上，论文提出了一些性能优化方法：通过使用C 语言移植d2xx驱动程序的方式提高USB通信模块的运行效率，使用流水线处理和着色器脚本可分别提高数据处理和图形显示程序的运行效率。

经过测试，USB通信模块最高速率可达39MB/s,且不存在误码及丢包现象。数据处理模块结果正确且运行稳定，处理一帧数据仅需要17ms。图形界面显示能够满足60fps的帧率要求，每帧图像的渲染耗时仅为3ms。超声相控阵探伤仪软件功能和性能满足预期的指标。

关键词：相控阵，探伤，软件, android

Abstract

Ultrasonic phased array detection technology is an important detection technology in the field of nondestructive testing, and is widely used in industrial inspection. Compared with the traditional ultrasonic detection technology, it has the advantages of high sensitivity, good stability, fast scanning speed and visual imaging. It has become a hotspot in the field of nondestructive testing. This paper mainly discusses the design of ultrasonic phased array detector based on Android platform.

On the basis of investigating the principle of ultrasonic phased array, the software demand is analyzed. Identified the software function and performance requirements, and designed the software architecture. According to the function of the software is divided into software interface, USB communication, data processing and graphics display four modules, and proposed the use of fragment control graphical interface to build, using FTDI d2xx driver to achieve USB communication, the use of OpenGL ES graphics Efficient display of the design. In order to improve the operating efficiency of the system in the Android system, on the basis of deepening the understanding of the Android system, the paper puts forward some performance optimization methods: By using the C language to transplant the d2xx driver, the operation efficiency of the USB communication module is improved, And shader scripts can improve the efficiency of data processing and graphics display.

After testing, USB communication module maximum rate of up to 39MB / s, and there is no error and packet loss phenomenon. Data processing module results in the correct and stable operation, processing a frame of data only need 17ms. Graphic interface display to meet the 60fps frame rate requirements, each frame rendering time-consuming only 3ms. Ultrasonic phased array flaw detector software functions and performance to meet the expected indicators.

Keywords: Phased array, ditect, software,android

目 录

摘要 I

Abstract III

目 录 V

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 论文研究内容及意义 2

1.4 论文组织结构 2

第二章 需求分析与软件结构设计 5

2.1 超声相控阵探伤原理 5

2.1.1 超声相控阵原理 5

2.1.2 数据处理方式 6

2.1.3 扫查显示方式 6

2.2 软件需求分析 7

2.3 软件结构设计 7

2.4 本章小结 8

第三章 软件设计 9

3.1 软件数据通路 9

3.1.1 Android系统层次架构 9

3.1.2 软件数据通路规划 10

3.2 USB通信模块 11

3.2.1 USB芯片选型 11

3.2.2 基于d2xx的USB读写方法 12

3.3 数据处理模块 13

3.3.1 数据处理模块流程 13

3.3.2 数据处理算法移植 14

3.4 图形显示模块 14

3.4.1 图形显示方式 14

3.4.2 OpenGL使用 15

3.5 软件界面 17

3.5.1 基于fragment的界面设计 18

3.5.2 界面展示效果 18

3.6 本章小结 19

第四章 软件性能优化 21

4.1 USB通信性能优化 21

4.1.1 d2xx存在的问题 21

4.1.2 D2xx性能优化 21

4.2 数据处理性能优化 23

4.2.1 多线程编程 23

4.2.2 使用FIFO进行数据同步 24

4.2.3 设置CPU亲和度 25

4.3 图形显示性能优化 25

4.3.1 使用顶点着色器进行图像插值 25

4.3.2 使用片段着色器进行伪彩色映射 26

4.3.3 使用顶点缓冲区对象 27

4.4 本章小结 27

第五章 软件性能测试及评估 29

5.1 USB通信性能测试 29

5.1.1 USB通信测试方案 29

5.1.2 USB通信测试结果 31

5.2 图形显示性能测试 32

5.2.1 图形显示测试方案 32

5.2.2 图形显示测试结果 33

5.3 数据处理性能测试 34

5.3.1 数据处理测试方案 34

5.3.2 数据处理测试结果 35

5.4 本章小结 36

第六章 总结与展望 37

6.1 总结 37

6.2 展望 37

致谢 39

参考文献 41

绪论

研究背景

超声相控阵技术，用压电晶片来实现超声波的发射与接收，通过控制压电晶片的脉冲时间关系来控制声波到达物体内某点的相位关系，来实现超声声束的合成，再通过软件界面实现缺陷的图形化成像。超声相控阵探伤技术在对缺陷位置和大小测量的效率、准确性、易用性以及缺陷的直观可视化等方面和传统的超声检测形式相比有着明显的优势。

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