一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置及方法，本发明专利技术通过在导波信号发生过程中引入温度补偿环节，利用温度传感器获取信号发生设备和压电传感器的工作温度，进而自动调节信号发生过程中的增益，去除工作环境和自身发热对导波信号发生的影响，提高超声导波信号发生设备的环境适应性、稳定性；此外，本发明专利技术提供的带有温度补偿的信号发生装置具有小型化和便携化特点；因此，本发明专利技术提供的一种提高超声导波信号发生精度的补偿方法与装置具有较强的实用价值。置具有较强的实用价值。置具有较强的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置及方法


[0001]本专利技术涉及大型工程结构在线健康监测
，特别涉及一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置及。

技术介绍

[0002]针对大型工程结构的在线健康监测
，超声导波具有传播距离远、监测精度高、损伤敏感、响应快、成本低等优点，在结构健康监测领域具有广泛的应用前景。基于超声导波的结构健康监测技术分为几个步骤，包括导波信号激励、导波信号传播、导波信号采集、导波信号处理，最终进行损伤诊断。
[0003]但是大型工程结构中应用超声导波的在线健康监测技术时，伴随着很多问题，包括导波信号发生时会产生谐波失真、设备自身温度导致的信号变化、信号发生时有高频\低频的噪声信号以及信号微弱等问题，此外，导波的激励、传播和采集过程对传感器和结构所处的温度环境变化较为敏感。这一系列问题会导致导波信号波形分辨率低、信号发生不一致、导波信号分析识别精度差等，从而引起损伤诊断的误判，可能会对工程领域带来不可挽回的损失。

技术实现思路

[0004]根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置，包括：
[0005]导波信号发生主控器，通过现场可编程门阵列直接采用数字频率合成技术生成不同频率、周期、幅值的导波波形数字信号；
[0006]数模转换器，接收导波信号发生主控器传送的导波波形数字信号，对导波波形数字信号进行转换调节为可调的基准信号；
[0007]滤波器，接收数模转换器传送的基准信号对该信息进行滤波处理输出平坦信号；
[0008]电流/电压转换电路，对电流和电压进行数模转换；
[0009]电压调制模块，与导波信号发生主控器、数模转换器和电流/电压转换模块相连接，通过现场可编程门阵列输出的可变占空比的脉冲宽度调制波对基准电压幅值进行调制，将调制后的基准电压输入数模转换器从而输出差分电流信号，再经滤波器和电流/电压转换电路完成电压调制过程；
[0010]功率放大模块，对电压进行线性放大。
[0011]一种超声导波信号发生的温度补偿方法，对导波信号的幅值偏差进行校正，包括：
[0012]基于偏差校正的发生装置温度补偿方法，具体为：使用外部加热装置对信号发生装置进行升温处理，利用上位机的温度采集功能与温度传感器测量信号发生装置温度，记录不同温度下压控放大电路的基准电压和上位机采集到信号的幅值和相位，得到不同温度下基准电压、信号幅值与相位差的数据库，对数据进行拟合，得到如下关系式：
[0013]V＝f1(θ)
[0014]D＝f2(θ)
[0015]其中，V、D、θ分别为基准电压、信号幅值和温度，得到基准电压、信号幅值随温度地变化关系；
[0016]基于偏差校正的压电传感器温度补偿方法，具体为：使用外部加热装置对传感器进行升温处理，利用上位机的温度采集功能与温度传感器测量传感器温度，记录不同温度下和上位机采集到信号的幅值，得到不同温度下信号幅值，对数据进行拟合，得到如下关系式，
[0017]D
S
＝f3(θ)
[0018]其中，Ds为传感器处于不同温度下的信号幅值；
[0019]在不同温度下，通过调节数模转换器的基准点电压独立调节导波信号输出幅值和相位，使得导波信号发生过程中具有极高的幅值分辨率，同时在发生不同幅值的导波信号过程中导波信号均保持极高的波形分辨率。
[0020]由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置及方法，本专利技术通过在导波信号发生过程中引入温度补偿环节，利用温度传感器获取信号发生设备和压电传感器的工作温度，进而自动调节信号发生过程中的增益，去除工作环境和自身发热对导波信号发生的影响，提高超声导波信号发生设备的环境适应性、稳定性；此外，本专利技术提供的带有温度补偿的信号发生装置具有小型化和便携化特点；因此，本专利技术提供的一种提高超声导波信号发生精度的补偿方法与装置具有较强的实用价值。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术超声导波波形发生原理框图；
[0023]图2为本专利技术压控放大电路的增益控制电压应与温度之间关系曲线；
[0024]图3为本专利技术不同温度的压电信号；
[0025]图4为铝板中超声导波的激励与接收图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
[0027]1)如图1所示超声导波波形发生原理框图，具体实施方法包括，
[0028]采用现场可编程门阵列(FPGA)作为波形发生的主控器，通过FPGA控制数模转换器(DAC)的转换时钟、基准电压、波形数据，实现不同频率、周期、幅值的导波波形信号。系统在FPGA内部采用直接数字频率合成技术(DDS)代替传统的频率合成技术，生成正弦和余弦的数字波形信号，根据超声导波的数学表达式进行合成计算，并将数字信号发送到数模转换器DAC进行转换；
[0029]连接导波信号发生主控器、数模转换器和电流/电压转换模块，数模转换器DAC输
出差分电流信号，FPGA输出的可变占空比的脉冲宽度调制(PWM)波可对基准电压幅值进行调制，调制后的基准电压输入DAC可调节其输出的差分电流信号的大小，进而改变波形发生模块输出的导波信号电压幅值。DAC输出的差分电流信号经巴特沃兹低通滤波、电流/电压转换电路及阻抗匹配环节的处理输出单端电压信号，进而输入功率放大模块进行线性放大。
[0030]2)信号发生装置的信号幅值的温度补偿方法，具体实施方法为，
[0031]选择11号通道激励，2、3、4、5号通道采集，周波数burst5，增益：30dB，30dB，30dB，30dB，采样率24M，采样点数8000点，激励频率100kHz；
[0032]选一路采集通道通过飞线接入信号发生器，信号发生器产生频率为100kHz，40mVPP正弦波，负载阻抗调节为50Ω；
[0033]保持室温为25℃，进行采集，测量并记录四路压控放大电路的增益控制电压，同时记录上位机采集到信号的幅值；
[0034]使用外部加热装置或使机器长时间工作，利用上位机的温度采集功能与温度传感器，在30℃、35℃、40℃时测量并记录四路压控放大电路的基准电压，同时观察并记录上位机采集到信号的幅值；
[0035]外界温度每升高1℃，温度补偿电路将会使压控放大电路的增益控制电压升高固定值，如图2所示为压控放大电路的增益控制电压与温度之间关系曲线，呈线性变化。
[0036]3)压电传感器的信号幅值的温度补偿方法，具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高超声导波信号发生精度的补偿装置，其特征在于，包括：导波信号发生主控器，通过现场可编程门阵列直接采用数字频率合成技术生成不同频率、周期、幅值的导波波形数字信号；数模转换器，接收导波信号发生主控器传送的导波波形数字信号，对导波波形数字信号进行转换调节为可调的基准信号；滤波器，接收数模转换器传送的基准信号对该信息进行滤波处理输出平坦信号；电流/电压转换电路，对电流和电压进行数模转换；电压调制模块，与导波信号发生主控器、数模转换器和电流/电压转换模块相连接，通过现场可编程门阵列输出的可变占空比的脉冲宽度调制波对基准电压幅值进行调制，将调制后的基准电压输入数模转换器从而输出差分电流信号，再经滤波器和电流/电压转换电路完成电压调制过程；功率放大模块，对电压进行线性放大。2.一种超声导波信号发生的温度补偿方法，其特征在于：对导波信号的幅值偏差进行校正，包括：基于偏差校正的发生装置温度补偿方法，具体为：使用外部加热装置对信号发生装置进行升温...

【专利技术属性】
技术研发人员：武湛君，杨正岩，徐浩，范兴华，马书义，
申请(专利权)人：大连君晟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：