一种基于磁-加速度的激振检振一体化系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于磁-加速度的激振检振一体化系统，由激振与检振器结构和控制系统两分组成；主要有偏置线圈、激励线圈、线圈骨架；顶座、电源开关、电源模块、外设接口、激振与检振控制系统的控制模块、固定弹簧、激振模块、上顶杆、下顶杆、预压弹簧、加速度检振模块及端盖；在加速度检振模块背面的中心位置设置加速度传感器，并与下顶杆直接接触，控制模块通过线圈骨架和上顶杆的过线孔将信号线与加速度传感器、激励线圈相连；外设接口与电脑等控制设备挂接在同一个现场总线上，实现数据、指令的通信。它结构简单合理，将激振装置和检振装置集成为一体，使激振器和检振器的控制系统一体化，能够便于携带，提高了检测工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损检测和工程检测
，具体来说是涉及一种基于磁-加速度的激振检振一体化系统。
技术介绍
弹性波层析成像技术又称为弹性波CT技术，可分为声波CT和地震波CT。该技术是利用弹性波在正常材料和缺陷(如蜂窝、不密实、离析或架空等)中传播速度(主要指纵波速度)的差异，通过走时数据的拾取和计算机反演成像技术来重建介质的速度分布图像，进而直观地再现介质内部的精细结构。随着电子及计算机技术的不断发展，弹性波层析成像技术也在不断成熟和完善，作为一门新颖的检测技术，与常规波速测定相比，具有较高的分辨率，更有利全面细致的对被测物进行质量评价，为波速成像开拓了新的路径，在混凝土厚度及内部缺陷检测、油气输送管道泄漏、锚杆锚固质量检测，木材弹性模量及缺陷检测以及岩溶勘查、采空区探测等工程物探中发挥着越来越重要的作用，并取得了显著的效果。该技术使用不同数量的激振器与检振器，同一时刻单个激振器激发，所有检振器接受，形成一发多收的扇形透射，经过不同位置的激振器激发，所有检振器接受，将在被测区域形成致密的射线交叉网络。按照激发与接收时间互换原理，每条射线弹性波旅行时间将被唯一确定，射线通过异常体时，将产生时间旅行差，当多条致密交叉射线通过异常体时，就会对异常体的空间位置进行唯一确定，然后再根据射线的疏密程度及成像精度的要求，在施测范围内划分若干规则的成像单元，实现透视空间离散化，可认为每个成像单元的介质是均勻的，波速是单一的，通过对诸多成像单元波速的数学物理反演计算，可获得异常体波速的展布形态。传统的激振装置一般是用手锤或力棒敲击作为振源，但是这种方法力度不好把握，频率也往往达不到要求。还有一种液压式激振器，其价格较贵，体积较大。另外是压电式激振器，压电式激振器中的压电材料存在应变小、能量低的问题。超磁致伸缩材料由于具有应变大、能量高、机电耦合系数大、稳定性好、可靠性高等特点，是制作激振器的理想材料，如中国专利号为201020155081. X和03118251. 8等都涉及基于超磁致伸缩材料的激振装置。检振装置按能量转换分为加速度型和速度型，其中加速度型检振器分为电磁感应式涡流加速度检振器和惯性式加速度传感器响应原理的加速度检振器。其中电磁感应式涡流加速度检振器由于结构受弹性元件和质量块尺寸、质量等因素的限制，使工作频率范围受限，无法消除谐波失真，传感器灵敏度难以提高。另一类是采用惯性式加速度传感器响应原理的加速度检振器，由于具有线性度好、重复性好、体积小、易于封装、灵敏度高、成本低等优势正在逐步代替电磁式检振器。该类加速度检振器按原理分为电容式微机械加速度检振器，如中国专利03216512. 9，ADI公司MEMS加速度计等、光电及光纤式加速检振器如中国专利03100433. 4，中国专利03200396. X等、压电式加速度检振器，如西安石油大学研制的YD2000，中国专利93232320. 0等，由于电容式微机械加速度检振器具有零频率、高灵敏度、高测量精度、稳定性好、温度漂移小，功耗极低等优点被广泛使用。目前，用于弹性波层析成像的激振器、检振器为两部分设备，由两部分设备分别完成弹性波的发射以及接收。现有技术存在的不足和缺点如下(1)在弹性波CT检测时，需要多个激振器、检振器才能将被测材料的整个速度场进行层析成像，因此利用传统分离式的激振、检振装置进行弹性波CT检测时，必然存在检测设备数量多、检测成本高的问题。因此，在进行弹性波层析成像检测时，检测材料上将布设多个激振器和多个检振器，这样造成检测系统的硬件平台结构复杂、仪器设备较多，不便于携带，并且检测成本高、布设安装难度大等问题。(2)在现有的弹性波CT检测中，激振/检振器的控制部分独立于激振、检振器， 整个检测过程采用以计算机作为控制核心的有线控制方式，在检测中，需要利用电缆将计算机与控制装置、多个激振器、多个检振器连接，因此，存在安装复杂、电缆布设成本高的问题。(3)目前弹性波CT检测，采用单个激振器瞬时激振，所有检振器同时检振的方法， 虽然这种检测方式简单、易行，但由于激振产生的瞬时弹性波频率、幅度、相位等信息未知， 再经存在缺陷的材料中传播时，出现波的折射、反射、衍射等现象，造成检振器检测的弹性波信号在进行信号处理时难度较大。(4)在弹性波CT检测时，检振器接收到的弹性波是经被测材料衰减后的激振信号，弹性波在介质中的衰减系数是一定的，因此，当检振器的检测分辨率越高时(能够检测的最小振动量越小)，激振信号所需的激振强度就越小，对被测材料的损伤就越小，功耗就越低，由此可见，怎样提高检振器的分辨率对弹性波CT检测是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术针对以上现有技术存在的不足和问题，提供了一种结构简单合理，将激振装置和检振装置集成为一体，使激振器和检振器的控制系统一体化，能够便于携带，同时提高检测工作效率和降低检测成本的基于磁-加速度的激振检振一体化系统。为实现上述目的本专利技术技术方案是一种基于磁-加速度的激振检振一体化系统，由激振与检振器结构和控制系统两部分组成；激振与检振器结构包括偏置线圈1、激励线圈2、线圈骨架3、顶座4、电源开关5、 电源模块6、外设接口 7、激振检振系统控制电路板8、外壳9、超磁致伸缩棒10、固定弹簧 11、上顶杆12、下顶杆13、预压弹簧14、加速度检振模块15、端盖16、过线孔17及下顶杆预设的加速度检振模块的安装凹槽18 ；所述线圈骨架、顶座用螺钉与外壳连接，线圈骨架绕有偏置线圈与激励线圈，超磁致伸缩棒装在线圈骨架中心孔中，并由上顶杆上端的定位槽定位；在所述上顶杆与下顶杆之间安装有加速度检振模块，上顶杆与下顶杆并通过螺钉连接在一起；所述端盖连接外壳，在下顶杆与端盖之间顶安装预压弹簧，上顶杆与线圈骨架之间安装固定弹簧；在所述顶座与外壳之间安装有激振与检振系统控制电路板与电源，激振与检振系统控制电路板的信号线通过线圈骨架和上顶杆的过线孔与加速度检振模块、偏置线圈及激励线圈相连；在所述激振检振系统控制电路板上设有与外部设备或总线相连的外设接口 ；所述电源开关安装在外壳上。在所述加速度检振模块15上设置三个互成120°固定螺孔22，以及在下顶杆13的加速度检振模块的安装凹槽18内相应也设置三个互成120°固定螺孔23，加速度检振模块15由通过螺钉装在安装凹槽18内；在加速度检振模块背面的中心位置装加速度传感器 24,并且加速度传感器M与下顶杆直接接触。所述激振与检振器控制系统包括激振检振控制电路和外部的电脑34两部分；该激振检振控制电路包括加速度传感器对、适配放大器25、抗混叠滤波器沈、模拟数字转换器27、微处理器单元31、记忆单元观、数字模拟转换器32、功率放大器33、激励线圈2、电源模块6、现场总线通信模块四及无线通信模块30;所述微处理器单元经数字模拟转换器、功率放大器与激励线圈相接，并将微处理器单元的输出控制信号经功率放大后给激励线圈； 所述微处理器单元经模拟数字转换器、适配放大器及抗混叠滤波器与加速度传感器相接； 并由加速度传感器采集到检测信号经抗混叠滤波器、适配放大和模拟数字转换后输入微处理器单元；所述微处理器单元还连接记忆单元、现场总线通信模块及无线通信模块；所述电源模块为加速度传感器、适配放大器、抗混叠滤波器、模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩焱，李剑，邢磊，姚金杰，张丕状，苏新彦，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：