【摘要】：在交通系統(tǒng)中,橋梁是很重要的一個環(huán)節(jié),隨著我國交通系統(tǒng)的不斷完善,橋梁安全也越來越重要,現(xiàn)代橋梁設(shè)計的使用時間一般都是在幾十年以上,長時間的暴露在惡劣環(huán)境中,經(jīng)過侵蝕,使得材料老化,再加上過度使用,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)健康檢測顯得十分重要。較傳統(tǒng)的無損檢測不同,一種新的無損檢測被提出,它是一種被動檢測方式,不需要外加激勵源,被檢測的信號來源于被測實體本身,能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行動態(tài)缺陷檢測,通過采集材料的隨機(jī)特征信號,并提取特征值,從而分析橋梁的損傷。因此對聲發(fā)射信號采集就顯得尤為重要,基于此本文設(shè)計了一套基于FPGA、可用于橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測的無線聲發(fā)射檢測儀。該檢測儀具備高采樣率,多通道,無線傳輸?shù)忍厣１疚牟捎肁ltera公司研發(fā)的CycloneIV系列的FPGA器件作為無線聲發(fā)射檢測儀的核心控制器,通過高速AD模塊對隨機(jī)特征信號進(jìn)行采集,經(jīng)過FPGA對相關(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,再把采集并存儲在SD卡中的數(shù)據(jù)經(jīng)FPGA控制并由無線串口發(fā)送至PC端上位機(jī)進(jìn)行顯示與存儲。本文首先介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案,并確定信號的采集通道數(shù)為四通道;接著介紹系統(tǒng)各硬件模塊電路的設(shè)計,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存儲電路、小信號前置放大器電路、無線串口模塊;然后對FPGA程序和虛擬儀器LabVIEW軟件設(shè)計進(jìn)行介紹,利用硬件描述語言Verilog HDL完成FPGA軟件設(shè)計,實現(xiàn)的功能主要有:對4路AD采集的控制,閾值的設(shè)定,信號的存儲和上位機(jī)通訊;最后在搭建的硬件試驗平臺上結(jié)合軟件對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合測試,并分別進(jìn)行了模擬單通道數(shù)據(jù)采集實驗與4通道聲發(fā)射同步信號采集實驗,最后得出該聲發(fā)射檢測儀可適用于橋梁結(jié)構(gòu)健康檢測。
【圖文】：

發(fā)射(Acoustic Emission，簡稱 AE)[4]是指材料局部因能量的快速釋放而發(fā)的現(xiàn)象，偶爾也稱為應(yīng)力波發(fā)射。材料外力作用下的形變與裂紋生長，是要機(jī)制。這種直接與變形和斷裂機(jī)制有關(guān)的源，被稱為聲發(fā)射源。自然中萬物都存在聲發(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也很弱小，經(jīng)過介質(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)射信號都是十分微弱，再經(jīng)過物體表面?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到聲發(fā)射信形變與斷裂都會產(chǎn)生不同程度的聲發(fā)射，但都十分微弱，人的耳朵更聽測量儀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，通過分析來判斷聲發(fā)射叫做聲發(fā)射技術(shù)[5]，作為一種新興的被動式檢測方式，是對無損檢測領(lǐng)域它是一種新興的被動式無損檢測方式，圖 1-1 為聲發(fā)射檢測的基本原理。

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2665730