發(fā)布時間：2020-10-25 08:26

　　 隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展,超聲波及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用,超聲波基樁檢測技術(shù)在我國基礎(chǔ)建筑設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。針對目前市場上超聲樁孔檢測儀的傳輸信號較弱、信號采集數(shù)據(jù)較少、數(shù)據(jù)傳輸速度較小、成本較高等問題,采用硬件設(shè)計技術(shù)、嵌入式軟件技術(shù)、TCP/IP技術(shù)等,結(jié)合時變增益控制算法,設(shè)計并實現(xiàn)了基于UDP的超聲樁孔檢測儀的信號采集系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容如下:首先,本文研究了超聲樁孔檢測儀的檢測原理和超聲樁孔檢測儀的系統(tǒng)組成,并對系統(tǒng)組成及其每個部分進(jìn)行了簡單闡述。本文設(shè)計了基于UDP的超聲樁孔檢測儀的信號采集系統(tǒng)的整體框架,并對兩個子系統(tǒng),超聲波換能器驅(qū)動系統(tǒng)和超聲波回波信號處理系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計介紹。其次,根據(jù)超聲波換能器驅(qū)動系統(tǒng)的整體設(shè)計方案,本文設(shè)計并實現(xiàn)了超聲波換能器驅(qū)動系統(tǒng)。對超聲波換能器的工作原理和等效電路模型進(jìn)行了簡單分析,基于超聲波換能器的工作原理設(shè)計了換能器的驅(qū)動電路,完成了超聲波換能器驅(qū)動系統(tǒng)的軟件設(shè)計,實現(xiàn)了高壓脈沖的發(fā)射,從而驅(qū)動換能器產(chǎn)生了超聲波。然后,基于超聲波回波信號處理系統(tǒng)的整體設(shè)計方案,本文設(shè)計并實現(xiàn)了超聲波回波信號處理系統(tǒng),完成了超聲波回波信號的接收電路,實現(xiàn)了對超聲波回波信號的調(diào)理。設(shè)計了超聲波回波信號處理系統(tǒng)的軟件控制程序,制定了 UDP數(shù)據(jù)的傳輸格式,結(jié)合STM32和W5500構(gòu)成有線傳輸網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了超聲波信號的采集與傳輸控制。并研究了時變增益控制算法,根據(jù)TVG校正方法得到本文的TVG函數(shù)和DAC輸出函數(shù)。最后,對系統(tǒng)進(jìn)行了測試和分析。網(wǎng)絡(luò)通信、超聲波信號、上位機顯示等測試結(jié)果表明:網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定,可以實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信,網(wǎng)絡(luò)傳輸速度滿足系統(tǒng)需求;超聲波發(fā)射信號和接收信號穩(wěn)定,噪聲較小;上位機接收的數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)可以進(jìn)行可視化處理,具有一定的現(xiàn)實意義和推廣價值。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP274.2;TB517
【部分圖文】：

（１）操作箱和上位機模塊：操作箱主要用來控制電纜的收放，進(jìn)而控制粧孔下??探測模塊的升降。上位機主要負(fù)責(zé)控制整個設(shè)備，并對回波信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成像。??（２）多芯電纜：用于下放樁孔探測模塊、為樁孔探測模塊供電和傳輸信號。??（３）滑輪和支架：安裝在粧孔的上方，用于支撐樁孔下探測模塊，保證電纜在??收放過程中不扭轉(zhuǎn)ｊ??（４）樁孔探測模塊：包括收發(fā)一體換能器、控制電路、電機和羅盤，收發(fā)一體??能器主要負(fù)責(zé)超聲波的發(fā)射和接收：控制電路負(fù)責(zé)發(fā)射高壓脈沖以激勵換能器發(fā)??超聲波，并對回波信號進(jìn)行采集傳輸；電機用來旋轉(zhuǎn)ｆ下設(shè)備；羅盤負(fù)責(zé)采集方??信息。??其中，上位機控制軟件和樁孔探測模塊為整個探測儀的核心。上位機軟件主要??為了配合超聲波處理系統(tǒng)、單片機控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機控制系統(tǒng)等其它硬件系統(tǒng)，??保障順利完成整個裝置對成孔井下環(huán)境的測繪任務(wù)，實現(xiàn)了對井下每個設(shè)定高度的??孔徑大小參數(shù)、轉(zhuǎn)輪羅盤參數(shù)、波形剖面參數(shù)等信息的收集和處理，數(shù)據(jù)通信鏈路??管理，波形數(shù)據(jù)實時成像、實時存貯以及人機交互等功能。當(dāng)測量設(shè)備將數(shù)據(jù)上??至ＰＣ端軟件系統(tǒng)后，可以對正在執(zhí)行檢測任務(wù)的超聲波測量設(shè)備進(jìn)行實時的狀??監(jiān)控和查看，并且還能對成孔井下環(huán)境進(jìn)行三維建模實時顯示，以此全面控制檢??

／ｐｙ＼碩士學(xué)位論文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?Ｔｆｌ�。海樱桑�??塊即本文的信號采集系統(tǒng)。??２．２信號采集系統(tǒng)整體設(shè)計??如前所述，超聲樁孔檢測儀的樁孔探測模塊是整個檢測設(shè)備的核心之一，也就??是本文的信號采集系統(tǒng)。系統(tǒng)主要分為四大模塊：電源模塊、電機羅盤模塊、換能??器驅(qū)動系統(tǒng)、回波信號處理系統(tǒng)。系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖２．２所示。其中，電源模??塊為整個設(shè)備以及各芯片提供工作電源。電機用來旋轉(zhuǎn)井下設(shè)備，使超聲波均勻向??四周發(fā)射；羅盤負(fù)責(zé)采集方位信息，用來矯正旋轉(zhuǎn)角度。整個系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)控??制，實現(xiàn)控制信號的發(fā)射、傳輸以及數(shù)據(jù)的采集上傳的功能。??

頻換能器［２８］。本文所采用的壓電超聲換能器工作在水下，因此它屬于液體介質(zhì)換能??器，而且波形的發(fā)射和接收采用同一個換能器，所以屬于收發(fā)一體換能器。本文所??使用的換能器如圖３．１所示。??ｉｆ％??，（丨，??圖３．１收發(fā)一體換能器??３．１．１壓電超聲換能器的工作原理??壓電超聲換能器是由壓電陶瓷材料制作而成，壓電陶瓷是功能性陶瓷的一種，??也就是說其對光、電等物理量比較敏感的陶瓷。根據(jù)對施加到壓電陶瓷的作用力的??不同，壓電陶瓷產(chǎn)生的效應(yīng)可以分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。正壓電效應(yīng)是在壓??１０??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2855701