本文關(guān)鍵詞：基于HHT的鋼管混凝土缺陷特征提取研究與FPGA實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)填充混凝土而形成的一種優(yōu)良建筑材料,在橋梁工程和超高層建筑中被應(yīng)用廣泛。該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是必須使核心混凝土與鋼管壁緊密結(jié)合,而脫粘作為最常見的鋼管混凝土填充缺陷問題,主要表現(xiàn)為混凝土與鋼管壁之間出現(xiàn)脫空,造成鋼管混凝土的復(fù)合設(shè)計(jì)性能難以充分發(fā)揮甚至失效。因此,對于脫粘問題檢測分析技術(shù)的研究一直受到研究者和工程應(yīng)用者的廣泛關(guān)注,也關(guān)系到鋼管混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的持續(xù)健康發(fā)展。針對鋼管混凝土脫粘問題,本文采用沖擊回波檢測法對鋼管混凝土進(jìn)行脫粘檢測,深入分析應(yīng)力波在鋼管混凝土內(nèi)部的傳播情況,提出來一種基于HHT(Hilbert-Huang Transform,希爾伯特-黃變換)的回波信號特征提取的方法,通過對回波信號的特征提取有效的檢測出了脫空缺陷以及脫空缺陷的大小,最終實(shí)現(xiàn)了一套實(shí)時信號采集和處理的無損檢測系統(tǒng)。其主要研究內(nèi)容和所得結(jié)果如下:(1)本文首先比較了各類鋼管混凝土缺陷檢測方法,其次,結(jié)合沖擊回波法的應(yīng)用原理,分析了檢測鋼管混凝土?xí)r應(yīng)力波的響應(yīng)特性,為實(shí)現(xiàn)沖擊回波法檢測鋼管混凝土質(zhì)量問題提供可行性分析。(2)將HHT算法應(yīng)用于對回波信號的特征提取,深入研究HHT原理并對包絡(luò)插值方法、篩選停止條件和解析信號求解方法等相關(guān)問題進(jìn)行改進(jìn)。研究結(jié)果表明,改進(jìn)的HHT不僅能夠提高分解速度而且能夠有效抑制端點(diǎn)響應(yīng)和模態(tài)混疊等問題。(3)對鋼管混凝土進(jìn)行沖擊回波法檢測,將回波檢測信號進(jìn)行HHT算法處理,提取出具有缺陷特征模態(tài)信號,并將特征信號進(jìn)行Hilbert邊際譜分析,最終實(shí)現(xiàn)特征Hilbert邊際譜波列圖顯示。根據(jù)缺陷特征模態(tài)信號,能夠識別缺陷具體位置和大小;根據(jù)特征波列圖,能夠直觀觀測鋼管混凝土中存在的脫粘問題。(4)基于FPGA(Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程門陣列)的HHT特征提取算法實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)的硬件高效實(shí)時處理,并搭建基于FPGA為核心的沖擊回波檢測應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了任意脈寬信號激發(fā)、高速多通道同步數(shù)據(jù)采集,大容量數(shù)據(jù)存儲、高速數(shù)據(jù)傳輸集和高速信號處理集一體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明,該系統(tǒng)能夠完成對鋼管混凝土的沖擊回波檢測,并能夠直觀準(zhǔn)確的顯示檢測結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：鋼管混凝土 沖擊回波檢測 希爾伯特—黃變換 FPGA
【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU398.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10-12
• 1.2 鋼管混凝土缺陷檢測研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 鋼管混凝土缺陷檢測方法的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 鋼管混凝土檢測儀器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢14-15
• 1.3 鋼管混凝土的沖擊回波缺陷檢測方法研究15-19
• 1.3.1 沖擊回波法的基本原理16-17
• 1.3.2 沖擊回波法檢測鋼管混凝土缺陷的理論響應(yīng)17-19
• 1.4 研究意義和研究內(nèi)容19-20
• 第二章 基于HHT信號處理方法的研究20-32
• 2.1 回波信號特征提取的時頻分析方法分析20-21
• 2.2 希爾伯特-黃變換算法理論基礎(chǔ)21-26
• 2.2.1 時間特征尺度22
• 2.2.2 瞬時頻率22-23
• 2.2.3 本征模態(tài)函數(shù)23-24
• 2.2.4 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解24-25
• 2.2.5 希爾伯特譜分析25-26
• 2.3 希爾伯特-黃變換相關(guān)問題研究26-29
• 2.3.1 包絡(luò)插值問題27-28
• 2.3.2 本征模態(tài)函數(shù)篩選停止條件28-29
• 2.3.3 解析信號方法29
• 2.4 基于HHT的數(shù)值仿真29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 HHT在沖擊回波特征信號提取中的研究32-42
• 3.1 沖擊回波法檢測實(shí)驗(yàn)32-34
• 3.2 基于HHT的回波信號特征提取研究34-41
• 3.2.1 回波信號的EMD特征提取研究36-39
• 3.2.2 回波信號Hilbert邊際譜分析及波列圖分析39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第四章 HHT回波缺陷特征提取的FPGA實(shí)現(xiàn)42-62
• 4.1 FPGA技術(shù)理論42-46
• 4.1.1 FPGA技術(shù)簡介42-44
• 4.1.2 流水線思想44-45
• 4.1.3 定點(diǎn)小數(shù)45-46
• 4.2 基于FPGA的沖擊回波系統(tǒng)邏輯電路設(shè)計(jì)46-52
• 4.2.1 USB指令與數(shù)據(jù)傳輸邏輯電路設(shè)計(jì)46-49
• 4.2.2 沖擊回波數(shù)據(jù)采集邏輯電路設(shè)計(jì)49-51
• 4.2.3 SDRAM數(shù)據(jù)存儲控制器邏輯電路設(shè)計(jì)51-52
• 4.3 基于FPGA的HHT實(shí)現(xiàn)52-58
• 4.3.1 基于FPGA的EMD52-55
• 4.3.2 基于FPGA的Hilbert變換實(shí)現(xiàn)55-58
• 4.4 系統(tǒng)驗(yàn)證與應(yīng)用58-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 總結(jié)與展望62-64
• 5.1 總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考 文獻(xiàn)64-68
• 致謝68-70
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目及成果70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：640301