一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，FPGA控制系统、DA转换系统和信号放大系统依次连接，用于输出控制信号；信号放大系统与传感器网络系统连接，控制信号激励传感器网络系统发射Lamb波；Lamb波为S0模态和A0模态；传感器网络系统设置于待检测的门座式起重机臂架结构上，向门座式起重机臂架结构发射Lamb波并接收反射波；信号采集分析系统与传感器网络系统连接，用于采集Lamb波和反射波，提取不同服役时间反射波形的波形差值作为特征参量对疲劳裂纹的位置和尺寸进行表征。本实用新型专利技术解决了起重机臂架结构依赖于人工巡检的问题，降低了劳动强度，减小了检测盲区。

A fatigue crack detection device for gantry crane

【技术实现步骤摘要】
一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置
本技术属于起重机无损检测
，具体涉及一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置。
技术介绍
起重机是港口物流中的一种重要设备，常用于港口物料的起吊、装卸和运输等作业，是保证港口运输产量和效率的关键。然而，港口起重机由于其恶劣的工作环境和频繁交变的巨大载荷，在其服役年限内往往会出现各类故障失效，给国家和企业造成重大人身和财产损失。根据调查研究，金属结构的疲劳裂纹是威胁港口起重机安全性能最主要的故障之一，其比例达到80%以上。目前，在国内外港口企业中每年都会发生由裂纹导致的疲劳断裂事故。当前，我国对于起重机的检验仍以每年进行1次的定期检验为主，依靠检验员经验及简单的工具进行，技术装备不足，高新检测装备与技术匮乏，对于发现的疲劳裂纹缺乏有效的监控手段，只能依赖于作业人员的定期测量和观察，劳动强度大，检测精度和有效性低。对于大型起重机械，其臂架长度大，很多部位难以接触，存在较大的漏检可能。起重机结构、机构及控制复杂而多样，作业环境多变而恶劣，使得起重机在应用时有诸多不确定因素，存在影响起重机正常作业的可能，也必然会带来安全隐患。对于长期服役的起重机，起重机的性能状态如不能实时获知，也会存在作业危险性。因此，研究起重机在线检测技术，实现起重机全天候、自动化状态监测，对于提升起重机作业安全性具有重要意义。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，利用表面粘贴PZT传感器的主动Lamb波技术对起重机臂架结构的疲劳裂纹进行定位和定量测量，利用FPGA系统控制DA转换系统输出选定频率的正弦波信号，经过信号放大系统放大后施加到PZT传感器上，采用单一PZT传感器自发自收的检测方式在起重机臂架结构表面发射和接收Lamb波，利用数字示波器采集发射和接收到的Lamb波信号，对疲劳裂纹处反射信号的出现时间和幅度大小进行分析，最终可以实现疲劳裂纹的定位和定量测量。该方案解决了门座式起重机臂架结构疲劳裂纹缺乏有效检测手段的难题，为保证起重机长期安全运行提供了有效的技术方案。为解决上述问题，本技术采用的技术方案为：一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，包括：FPGA控制系统、DA转换系统、信号放大系统、传感器网络系统和信号采集分析系统，其中，所述FPGA控制系统、DA转换系统和信号放大系统依次连接，用于输出控制信号；所述信号放大系统与所述传感器网络系统连接，所述控制信号激励所述传感器网络系统发射Lamb波；所述Lamb波为S0模态和A0模态；所述传感器网络系统设置于待检测的门座式起重机臂架结构上，向门座式起重机臂架结构发射Lamb波并接收反射波；所述信号采集分析系统与所述传感器网络系统连接，用于采集所述Lamb波和所述反射波，提取不同服役时间所述反射波形的波形差值作为特征参量对疲劳裂纹的位置和尺寸进行表征。进一步，所述FPGA控制系统包括：FPGA芯片、电源模块、EEPROM存储器、RTC时钟芯片、JTAG接口，其中，所述EEPROM存储器中存储有一个周期正弦波信号的幅度值数据。进一步，所述DA转换系统包括：数模转换芯片，低通滤波器，幅度调节电路和信号输出接口，所述低通滤波器为七阶巴特沃斯低通滤波器。进一步，输出的所述控制信号的电压为-30~30V。进一步，所述信号放大系统包括第一级放大电路和第二级放大电路，其中，所述第一级放大电路用于实现所述输出信号的电压放大；所述第二及放大电路用于实现所述输出信号的功率放大。进一步，所述传感器网络系统包括：多个PZT压电传感器和多个通道选择开关，每个所述PZT压电传感器与所述通道选择开关对应连接。进一步，所述传感器网络系统和信号放大系统之间通过导线连接。进一步，所述信号采集分析系统包括：数字示波器和计算机，其中，所述数字示波器用于采集和存储Lamb波、发射波；所述计算机用于信号分析处理。本技术的有益效果在于：本技术可以覆盖10米的检测范围，可以实现臂架结构疲劳裂纹的实时在线检测，解决了起重机臂架结构依赖于人工巡检的问题，降低了劳动强度，减小了检测盲区，为门座式起重机的安全运行提供了可靠保障。附图说明图1为本技术的结构框架图。图2为本技术的FPGA控制系统结构示意图。图3为本技术的DA转换系统电路示意图A。图4为本技术的DA转换系统电路示意图B。图5为本技术的信号放大系统电路示意图。图6为本技术的传感器网络系统设置示意图。图7为本技术实施例1中的疲劳试样Lamb波传播路径图。图8为本技术的铝板Lamb波相速度和群速度频散曲线图。其中，(a)相速度；(b)群速度。图9为本技术的Lamb波激励和反射信号时域波形图。其中，(a)1#试样检测结果；(b)2#试样检测结果。图10为本技术的Lamb波反射信号差信号时域波形图。其中，(a)1#试样检测结果；(b)2#试样检测结果。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本技术的技术方案，下面结合具体实施例对本技术作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。根据本技术的一个方面，本技术提供了一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，图1为本技术的结构框架图，如图所示，包括：FPGA控制系统、DA转换系统、信号放大系统、传感器网络系统和信号采集分析系统，其中，所述FPGA控制系统、DA转换系统和信号放大系统依次连接，用于输出控制信号；所述信号放大系统与所述传感器网络系统连接，所述控制信号激励所述传感器网络系统发射Lamb波；所述Lamb波为S0模态和A0模态；所述传感器网络系统设置于待检测的门座式起重机臂架结构上，向门座式起重机臂架结构发射Lamb波并接收反射波；所述信号采集分析系统与所述传感器网络系统连接，用于采集所述Lamb波和所述反射波，提取不同服役时间所述反射波形的波形差值作为特征参量对疲劳裂纹的位置和尺寸进行表征。根据本技术的具体实施例，图2为本技术的FPGA控制系统结构示意图，如图2所示，所述FPGA控制系统包括：FPGA芯片、电源模块、EEPROM存储器、RTC时钟芯片、JTAG接口、DRAM和FLASH。作为一种实施方式，本技术FPGA控制系统中的FPGA芯片型号为EP4CE6E22C8；电源模块采用MP1482芯片将5V的输入电压转换为3.3V、1.2V和1.8V的输出电压供相关芯片使用；DRAM采用高速DDR2芯片MT47H64M16HR-3IT，FLASH选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，其特征在于，包括：FPGA控制系统、DA转换系统、信号放大系统、传感器网络系统和信号采集分析系统，其中，/n所述FPGA控制系统、DA转换系统和信号放大系统依次连接，用于输出控制信号；/n所述信号放大系统与所述传感器网络系统连接，所述控制信号激励所述传感器网络系统发射Lamb波；所述Lamb波为S0模态和A0模态；/n所述传感器网络系统设置于待检测的门座式起重机臂架结构上，向门座式起重机臂架结构发射Lamb波并接收反射波；/n所述信号采集分析系统与所述传感器网络系统连接，用于采集所述Lamb波和所述反射波，提取不同服役时间所述反射波形的波形差值作为特征参量对疲劳裂纹的位置和尺寸进行表征。/n

【技术特征摘要】
1.一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置，其特征在于，包括：FPGA控制系统、DA转换系统、信号放大系统、传感器网络系统和信号采集分析系统，其中，
所述FPGA控制系统、DA转换系统和信号放大系统依次连接，用于输出控制信号；
所述信号放大系统与所述传感器网络系统连接，所述控制信号激励所述传感器网络系统发射Lamb波；所述Lamb波为S0模态和A0模态；
所述传感器网络系统设置于待检测的门座式起重机臂架结构上，向门座式起重机臂架结构发射Lamb波并接收反射波；
所述信号采集分析系统与所述传感器网络系统连接，用于采集所述Lamb波和所述反射波，提取不同服役时间所述反射波形的波形差值作为特征参量对疲劳裂纹的位置和尺寸进行表征。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述FPGA控制系统包括：FPGA芯片、电源模块、EEPROM存储器、RTC时钟芯片、JTAG接口，其中，
所述EEPROM存储器中存储有一个周期正弦波信号的幅度值数据。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继承，苏宇航，戚政武，杨宁祥，林晓明，彭晓军，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院珠海检测院，
类型：新型
国别省市：广东;44