【摘要】：在交通系統(tǒng)中,橋梁是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié),隨著我國(guó)交通系統(tǒng)的不斷完善,橋梁安全也越來(lái)越重要,現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)的使用時(shí)間一般都是在幾十年以上,長(zhǎng)時(shí)間的暴露在惡劣環(huán)境中,經(jīng)過(guò)侵蝕,使得材料老化,再加上過(guò)度使用,地質(zhì)災(zāi)害等其它因素,使得橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不同程度上受到損傷,導(dǎo)致其抗外力減弱,嚴(yán)重情況下可以導(dǎo)致橋梁崩塌,更甚者導(dǎo)致重大傷亡事故,由此可知,橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)顯得十分重要。較傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)不同,一種新的無(wú)損檢測(cè)被提出,它是一種被動(dòng)檢測(cè)方式,不需要外加激勵(lì)源,被檢測(cè)的信號(hào)來(lái)源于被測(cè)實(shí)體本身,能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行動(dòng)態(tài)缺陷檢測(cè),通過(guò)采集材料的隨機(jī)特征信號(hào),并提取特征值,從而分析橋梁的損傷。因此對(duì)聲發(fā)射信號(hào)采集就顯得尤為重要,基于此本文設(shè)計(jì)了一套基于FPGA、可用于橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的無(wú)線聲發(fā)射檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀具備高采樣率,多通道,無(wú)線傳輸?shù)忍厣�。本文采用Altera公司研發(fā)的CycloneIV系列的FPGA器件作為無(wú)線聲發(fā)射檢測(cè)儀的核心控制器,通過(guò)高速AD模塊對(duì)隨機(jī)特征信號(hào)進(jìn)行采集,經(jīng)過(guò)FPGA對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序處理后將數(shù)據(jù)有序的緩存于SD卡中,接著,再把采集并存儲(chǔ)在SD卡中的數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA控制并由無(wú)線串口發(fā)送至PC端上位機(jī)進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)。本文首先介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,并確定信號(hào)的采集通道數(shù)為四通道;接著介紹系統(tǒng)各硬件模塊電路的設(shè)計(jì),給出了具體的硬件電路,其中包括供電電源、FPGA控制器、AD采集電路及電壓轉(zhuǎn)換電路、SD存儲(chǔ)電路、小信號(hào)前置放大器電路、無(wú)線串口模塊;然后對(duì)FPGA程序和虛擬儀器LabVIEW軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,利用硬件描述語(yǔ)言Verilog HDL完成FPGA軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)的功能主要有:對(duì)4路AD采集的控制,閾值的設(shè)定,信號(hào)的存儲(chǔ)和上位機(jī)通訊;最后在搭建的硬件試驗(yàn)平臺(tái)上結(jié)合軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試,并分別進(jìn)行了模擬單通道數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)與4通道聲發(fā)射同步信號(hào)采集實(shí)驗(yàn),最后得出該聲發(fā)射檢測(cè)儀可適用于橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)。
【圖文】：

發(fā)射(Acoustic Emission，簡(jiǎn)稱(chēng) AE)[4]是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)的現(xiàn)象，偶爾也稱(chēng)為應(yīng)力波發(fā)射。材料外力作用下的形變與裂紋生長(zhǎng)，是要機(jī)制。這種直接與變形和斷裂機(jī)制有關(guān)的源，被稱(chēng)為聲發(fā)射源。自然中萬(wàn)物都存在聲發(fā)射，它是一種普遍存在現(xiàn)象，不借助工具很難發(fā)現(xiàn)的頻率范圍很廣，材料的材質(zhì)不同其頻率也不盡相同，但大致分布從幾信號(hào)也很弱小，經(jīng)過(guò)介質(zhì)傳播再經(jīng)傳感器輸出后的幅值最高能也只能達(dá)到般情況下，聲發(fā)射信號(hào)都是十分微弱，再經(jīng)過(guò)物體表面?zhèn)鞑ズ�，待傳感器就更加的微弱，因此，需要靈敏度非常高的傳感器才能檢測(cè)到聲發(fā)射信形變與斷裂都會(huì)產(chǎn)生不同程度的聲發(fā)射，但都十分微弱，人的耳朵更聽(tīng)測(cè)量?jī)x器的輔助下才能捕捉到。用先進(jìn)行電子儀器采集、記錄并分析聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)分析來(lái)判斷聲發(fā)射叫做聲發(fā)射技術(shù)[5]，作為一種新興的被動(dòng)式檢測(cè)方式，是對(duì)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域它是一種新興的被動(dòng)式無(wú)損檢測(cè)方式，圖 1-1 為聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理。

圖 1-2 聲發(fā)射檢測(cè)基本原理產(chǎn)生的有效聲發(fā)射信號(hào)，在介質(zhì)中以機(jī)械振動(dòng)的形式傳播至被檢測(cè)物表面，由感器接收信號(hào)，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)外部放大器進(jìn)行電壓放大，號(hào)放大之后，由 AD 采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，最后將數(shù)據(jù)傳輸至 PC 端顯示，并經(jīng)過(guò)分析后，確定聲發(fā)射源的性質(zhì)和缺陷的具體位置，并對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行危險(xiǎn)聲發(fā)射檢測(cè)的主要幾個(gè)目標(biāo)有：1、確定被測(cè)物體缺陷位置；2、判斷缺陷性質(zhì)；生的大致時(shí)間；4、確定缺陷的嚴(yán)重性。聲發(fā)射檢測(cè)只能得出缺陷的活動(dòng)強(qiáng)度到其具體大小[8,9]。所以，在一些領(lǐng)域需要結(jié)合其他的無(wú)損檢測(cè)方式進(jìn)行檢測(cè)，全面而有效的精確檢測(cè)。聲發(fā)射技術(shù)特點(diǎn)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)由于其固有的特性和特點(diǎn)，，和其他超聲波無(wú)損檢測(cè)方式相比較
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U446

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665730