USB2.0多通道声发射检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种声发射检测系统，由多个平行的检测通道构成，其声发射采集卡安装在独立的主机箱中再连接到计算机上。主机箱与计算机相互独立使得噪声降低，通过ＵＳＢ２．０连接实现数据传输，最大可达到３０ＭＢ／ｓ的传输速率，实现实时波形采集及特征参数提取，该系统自带有软件分析工具。主机箱独立供电，通道数可扩展至１１２通道，每一通道均是由类似的测量部件、信号处理程序及计算程序和外围部件组成。该测量部件包括传感器、前置放大器及采集卡。该采集卡是每卡２个通道，每通道１６－ｂｉｔ精度、１０ＭＨｚＡ／Ｄ转换器和可在２０Ｋ－１．２ＭＨｚ内程控设置的模拟滤波器为基础的数字化声发射波形和参数数据采集卡，Ａ／Ｄ触发模式有５种。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工、电力、民用工程、航空航天、金属加工、材料试验、 交易运输等领域，特别是涉及一种基于USB2. 0技术的声发射检测系统。
技术介绍
声发射和微震动都是自然界中随时发生的自然现象，尽管无法考证人们何 时首次听到声发射，但逐如折断树枝、岩石破碎和折断骨头等的断裂过程无疑 是人们最早听到的声发射信号。可以十分肯定地推断"锡鸣"是人们首次观察 到的金属中的声发射现象，因为纯锡在塑性形变期间机械栾晶残生可听得到的 声发射，而铜和锡的冶炼可追朔到公元前3700年。现代声发射技术的开始以50年代初德国人Kaiser研究金属、合金在形变过 程中的声发射现象为标志，他发现了材料形变声发射的不可逆效应，并在博士 论文中发表了其金属声发射现象研究工作，此后声发射技术得到迅速发展。人 们在各种材料破坏损伤过程、工程结构承载损伤过程、泄漏过程、局部放电过 程等机械、物理、化学、生物过程中观察到声发射现象，并应用声发射技术进 行检测及研究。60年代初，Green等人开始了声发射技术在无损检测领域方面的 应用。70年代初Dunegan等人将实验频率提高到100KHz-lMHz的范围；80年代 初计算机技术引入声发射检测系统；进入90年代，德国、日本、美国等公司开 发了计算机化程度较高、可进行波形采集和频谱分析的声发射检测系统。目前， 人们已将声发射技术应用于许多领域，如压力容器、复合材料、飞机结构、 大型变压器局部放电、桥梁等钢筋水泥受力、起重机臂等金属结构受力、焊接 过程控制、机械诊断、医学领域等。在很长一段时间里，由于在微电子技术、计算机技术及信号处理技术的限 制，大多数声发射技术研究及应用采用的是延用了几十年的声发射信号波形特 征参数，而特征参数包含的信息量只占声发射波形信息量的几百至几千分之一。为了充分利用声发射信号的信息，提高声发射检测的能力，人们在波形声发射 信号釆集及分析技术方面进行了不懈的努力，从实验室里的各种通用装置拼凑 的声发射波形釆集装置发展到专用波形声发射仪。文献提到和巿场上能见到的 声发射仪目前还未能很好地克服实时高速多通道声发射信号波形釆集存储和海 量声发射信号信息处理的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对声发射检测技术的现状、存在的问题和巿场需求，提出基于USB2.0技术的声发射检测装置。主要用于釆集和分析声发射信号，大大 改进提高了实时多通道声发射信号高速釆集存储和信号信息处理的能力，减少 了系统的体积便于携带应用，USB2. 0接口的PC计算机兼容性和外部接口的方便 性克服了 PCI卡声发射系统对PC计算机机箱的要求限制和東缚。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案提供一种声发射检测系统，包括 USB2. 0声发射盒和控制器，通过USB2， O通讯方式实现数据的高速传输。实现了全自动计算机数据处理。所述声发射检测系统还包括传感器，安装在待测物 上，用于收集待测物的声波信号，并将所述声波信号转换成模拟信号；放大器，与所述传感器连接，用于所述模拟信号放大为放大模拟信号；模数转换模块， 与所述放大器连接，用于将所述放大模拟信号转换为数字信号；主处理器，与 所述模数转换模块连接，用于对所述数字信号进行数据的处理和命令的发送； 电源模块，与所述主处理器连接，用于为所述处理器提供电源。其中，所述系统是由2通道的釆集卡插入主机箱中再通过USB连接到计算机上，因此用户可根据应用的需要灵活的选择计算机和釆集通道的数量。 其中，所述传感器为谐振式高灵敏度传感器。 具体实施例方式下面结合附图和实例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下 实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。附图说明图1是本专利技术实施例的一种声发射检测系统结构示意图，图2是对图1中的声发射检测系统进行进一步细化的结构示意图，结合图l、图2，本实施例的 声发射检测系统包括控制器和声发射检测仪，控制器对该系统的数据进行处 理了存储。声发射检测仪还包括用于检测的传感器，传感器依次与前置放大器、滤波电路、信号放大电路、模数转换模块(ADC,Analog to Digital Converter) 连接，模数转换模块将生成的数字信号传送给FPGA (Field - Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)，其中，FPGA与RAM存储器连接，用于存储数据， 还用于数据处理以及外部参数处理(温度、压力等)；FPGA与CPU (Central Processing Unit,中央处理器)通过地址总线和数据总线连接；CPU与USB通 信模块连接，实现高速数据传输，实时高速多通道声发射信号波形数据传输存储，实现了全自动计算机数据处理；CPU与滤波选择模块连接来选择高通、低通 滤波；CPU与发射高压模块连接，用来确定传感器的存在与定位；电源模块分别 与CPU与FPGA模块连接，用来供电。下面对本实施例的声发射检测系统的各个部分进行详细描述。传感器(也称为探头)是将力、位移或速度转换为电压参数，由敏感元件、 转换元件和转换电路组成。是声发射检测系统的重要部分，是影响系统整体性 能的重要因素。传感器选型不合理，会使接收到的信号与实际的声发射信号有 较大差别，直接影响所采集数据的真实度和处理结果。声发射检测需根据不同的检测目的、不同的检测环境采用不同结构和性能 的传感器。在声发射检测中，谐振式高灵敏度传感器是使用最多的一种。传感 器的选择应根据被测声发射信号来确定。首先是了解被测声发射信号的频率范 围和幅度范围，包括可能存在的噪声信号，可通过经验了解，如钢材中焊接缺 陷产生的声发射源实验结果表明信号频率在25KHz- 750KHz内等，但如果有条 件最好通过实际测定。然后选择对关注的声发射信号灵敏、而对噪音信号不灵 敏的传感器进行检测。根据被检测对象的特征和检测目选择相应频率的传感器， 如金属压力容器检测用传感器的响应频率为100~ 400KHz，压力管道和油罐底泄 露检测传感器的响应频率为30 - 60KHz等。对于突发性声发射信号，声发射传感器选用应考虑对瞬态表面波的灵敏度，即入射角与传感器敏感面平行的表面波，传感器灵敏度评价应采用电压比速度 的方式。对于连续性的声发射信号，声发射传感器的选用应考虑对入射角与传 感器敏感面垂直的平面波的灵敏度，传感器灵敏度评价应釆用电压比压强的方 式。声发射传感器属于接收换能器，灵敏度和工作频带是它的主要指标。我们 斯望声发射传感器在工作频带内具有尽可能高的灵敏度，以拾取所有的声发射 信号。本系统所釆用的传感器均为单端谐振式传感器，主要组成部分是压电晶片， 是单端接收模式工作，另一端自由。此外传感器组成部分还有保护膜、外壳、电极引线、接插座、磁铁，将压电元件的电极面用胶粘贴在底座上；另一面焊 出一根很细的引线与高频插座的芯线连接，外壳接地。前置放大器，传感器输出的信号电压有时低至微伏数量级，这样微弱的信 号，若经过长距离的传输，信噪比必然要降低。靠近传感器设置前置放大器，将信号提高到一定程度，常用的有34、 40和60dB三种，再经过高频通州电缆 传输给信号处理单元(采集卡)。前置放大器输入的是传感器输出的模拟信号， 输出的是放大后的模拟信号，前置放大器是模拟电路，前置放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声发射检测系统，其特征在于，该系统是由多个平行的检测通道构成的ＵＳＢ２．０通讯声发射采集器，ＵＳＢ２．０通讯和计算机及软件组成的声发射检测系统。ＵＳＢ２．０通讯声发射采集器的每一通道均是由类似的电子测量部件、信号数字处理程序组成。ＵＳＢ２．０通讯由声发射采集器的ＵＳＢ２．０接口、ＵＳＢ２．０电缆和计算机上的ＵＳＢ２．０接口组成。所述声发射检测系统还包括：　传感器，安装在待测对象上，用于检测所述待测对象的声波信号，并将所述声波信号转换成模拟信号；　放大器，与所述 传感器连接，用于将所述模拟信号放大为放大模拟信号；　模数转换模块，与所述放大器连接，用于将所述放大模拟信号转换为数字信号；　主处理器，与所述模数转换模块连接，用于对所述数字信号进行数据的处理和命令的发送；　电源模块，与所述 主处理器连接，用于为所述处理器提供电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘时风，胡斌，王旭东，
申请(专利权)人：北京声华兴业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]