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目前,在检测高速列车关键零部件是否存在危害性的疲劳损伤及裂纹方面,超声波无损探伤技术获得广泛的运用。传统的模拟式超声检测系统由于存在检测精度低、误差大、数据无法存储等一些列的缺点,故无法满足实际的运用需求。另外,目前市场上的数字式超声波检测系统采样率偏低、采样长度偏小,只能用在频率较低频段的超声波信号检测上,检测的精度无法得到保证。随着FPGA(现场可编程门阵列)技术在高速信号处理领域运用的普及,为更加精确和自动化的数字式超声探伤系统的研制提供了方向。本文设计了一种基于PCI Express总线的高速数据采集卡,可用于采集超声波回波信号,为机车超声探伤系统研发提供硬件平台支撑。本文首先简单介绍了超声波探伤的原理,然后分析了影响高速数据采集卡性能的最关键的几个技术,包括高速信号的采集、缓存和传输。最终确定采用ADI(亚德诺半导体)高速模数转换器芯片AD9218实现对超声波回波信号的采集;采用第三代高速缓存技术DDR3 SDRAM实现了对高速数据的缓存;采用了FIR滤波器对信号进行了滤波处理;采用PCI Express高速串行总线将采集的数据传输到PC机的系统存储器。整个系统逻辑设计是在FPGA上用硬件描述语言VerilogHDL实现,FPGA芯片选用Xilinx生产的内嵌DDR3SDRAM的MIG硬核控制器和PCI Express总线端点IP核Virtex-6系列芯片。本设计和PCI Express总线驱动相结合,成功实现了将AD采集的信号通过PCI Express总线用DMA的方式将数据传输到PC的主存储器中。论文在最后首先对DMA读/写的性能和中断模式进行了测试,给出了不同传输尺寸的条件下DMA读/写的速率值。然后对系统整体进行了测试,结果验证了整个数据采集卡性能的稳定性和正确性,从而能够满足对超声波回波信号的采集的需求。