專利名稱：Usb2.0多通道聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工、電力、民用工程、航空航天、金屬加工、材料試驗(yàn)、 交易運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，特別是涉及一種基于USB2. 0技術(shù)的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聲發(fā)射和微震動(dòng)都是自然界中隨時(shí)發(fā)生的自然現(xiàn)象，盡管無(wú)法考證人們何 時(shí)首次聽到聲發(fā)射，但逐如折斷樹枝、巖石破碎和折斷骨頭等的斷裂過程無(wú)疑 是人們最早聽到的聲發(fā)射信號(hào)?？梢允挚隙ǖ赝茢?錫鳴"是人們首次觀察 到的金屬中的聲發(fā)射現(xiàn)象，因?yàn)榧冨a在塑性形變期間機(jī)械欒晶殘生可聽得到的 聲發(fā)射，而銅和錫的冶煉可追朔到公元前3700年。
現(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)的開始以50年代初德國(guó)人Kaiser研究金屬、合金在形變過 程中的聲發(fā)射現(xiàn)象為標(biāo)志，他發(fā)現(xiàn)了材料形變聲發(fā)射的不可逆效應(yīng)，并在博士 論文中發(fā)表了其金屬聲發(fā)射現(xiàn)象研究工作，此后聲發(fā)射技術(shù)得到迅速發(fā)展。人 們?cè)诟鞣N材料破壞損傷過程、工程結(jié)構(gòu)承載損傷過程、泄漏過程、局部放電過 程等機(jī)械、物理、化學(xué)、生物過程中觀察到聲發(fā)射現(xiàn)象，并應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn) 行檢測(cè)及研究。60年代初，Green等人開始了聲發(fā)射技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域方面的 應(yīng)用。70年代初Dunegan等人將實(shí)驗(yàn)頻率提高到100KHz-lMHz的范圍；80年代 初計(jì)算機(jī)技術(shù)引入聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)；進(jìn)入90年代，德國(guó)、日本、美國(guó)等公司開 發(fā)了計(jì)算機(jī)化程度較高、可進(jìn)行波形采集和頻譜分析的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。目前， 人們已將聲發(fā)射技術(shù)應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如壓力容器、復(fù)合材料、飛機(jī)結(jié)構(gòu)、 大型變壓器局部放電、橋梁等鋼筋水泥受力、起重機(jī)臂等金屬結(jié)構(gòu)受力、焊接 過程控制、機(jī)械診斷、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等。
在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，由于在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信號(hào)處理技術(shù)的限 制，大多數(shù)聲發(fā)射技術(shù)研究及應(yīng)用采用的是延用了幾十年的聲發(fā)射信號(hào)波形特 征參數(shù)，而特征參數(shù)包含的信息量只占聲發(fā)射波形信息量的幾百至幾千分之一。為了充分利用聲發(fā)射信號(hào)的信息，提高聲發(fā)射檢測(cè)的能力，人們?cè)诓ㄐ温暟l(fā)射 信號(hào)釆集及分析技術(shù)方面進(jìn)行了不懈的努力，從實(shí)驗(yàn)室里的各種通用裝置拼湊 的聲發(fā)射波形釆集裝置發(fā)展到專用波形聲發(fā)射儀。文獻(xiàn)提到和巿場(chǎng)上能見到的 聲發(fā)射儀目前還未能很好地克服實(shí)時(shí)高速多通道聲發(fā)射信號(hào)波形釆集存儲(chǔ)和海 量聲發(fā)射信號(hào)信息處理的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀、存在的問題和巿場(chǎng)需求，提
出基于USB2.0技術(shù)的聲發(fā)射檢測(cè)裝置。主要用于釆集和分析聲發(fā)射信號(hào)，大大 改進(jìn)提高了實(shí)時(shí)多通道聲發(fā)射信號(hào)高速釆集存儲(chǔ)和信號(hào)信息處理的能力，減少 了系統(tǒng)的體積便于攜帶應(yīng)用，USB2. 0接口的PC計(jì)算機(jī)兼容性和外部接口的方便 性克服了 PCI卡聲發(fā)射系統(tǒng)對(duì)PC計(jì)算機(jī)機(jī)箱的要求限制和東縛。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，包括 USB2. 0聲發(fā)射盒和控制器，通過USB2， O通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸。實(shí)現(xiàn)了
全自動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理。所述聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)還包括傳感器，安裝在待測(cè)物 上，用于收集待測(cè)物的聲波信號(hào)，并將所述聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；放大器，
與所述傳感器連接，用于所述模擬信號(hào)放大為放大模擬信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊， 與所述放大器連接，用于將所述放大模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；主處理器，與 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和命令的發(fā)送； 電源模塊，與所述主處理器連接，用于為所述處理器提供電源。
其中，所述系統(tǒng)是由2通道的釆集卡插入主機(jī)箱中再通過USB連接到計(jì)算機(jī)
上，因此用戶可根據(jù)應(yīng)用的需要靈活的選擇計(jì)算機(jī)和釆集通道的數(shù)量。 其中，所述傳感器為諧振式高靈敏度傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下 實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是對(duì)圖1中的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化的結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖l、圖2，本實(shí)施例的 聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)包括控制器和聲發(fā)射檢測(cè)儀，控制器對(duì)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理了存儲(chǔ)。聲發(fā)射檢測(cè)儀還包括用于檢測(cè)的傳感器，傳感器依次與前置放大
器、濾波電路、信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC,Analog to Digital Converter) 連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將生成的數(shù)字信號(hào)傳送給FPGA (Field - Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)，其中，F(xiàn)PGA與RAM存儲(chǔ)器連接，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)， 還用于數(shù)據(jù)處理以及外部參數(shù)處理(溫度、壓力等)；FPGA與CPU (Central Processing Unit,中央處理器)通過地址總線和數(shù)據(jù)總線連接；CPU與USB通 信模塊連接，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)高速多通道聲發(fā)射信號(hào)波形數(shù)據(jù)傳輸存
儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理；CPU與濾波選擇模塊連接來(lái)選擇高通、低通 濾波；CPU與發(fā)射高壓模塊連接，用來(lái)確定傳感器的存在與定位；電源模塊分別 與CPU與FPGA模塊連接，用來(lái)供電。
下面對(duì)本實(shí)施例的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)描述。
傳感器(也稱為探頭)是將力、位移或速度轉(zhuǎn)換為電壓參數(shù)，由敏感元件、 轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路組成。是聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的重要部分，是影響系統(tǒng)整體性 能的重要因素。傳感器選型不合理，會(huì)使接收到的信號(hào)與實(shí)際的聲發(fā)射信號(hào)有 較大差別，直接影響所采集數(shù)據(jù)的真實(shí)度和處理結(jié)果。
聲發(fā)射檢測(cè)需根據(jù)不同的檢測(cè)目的、不同的檢測(cè)環(huán)境采用不同結(jié)構(gòu)和性能 的傳感器。在聲發(fā)射檢測(cè)中，諧振式高靈敏度傳感器是使用最多的一種。傳感 器的選擇應(yīng)根據(jù)被測(cè)聲發(fā)射信號(hào)來(lái)確定。首先是了解被測(cè)聲發(fā)射信號(hào)的頻率范 圍和幅度范圍，包括可能存在的噪聲信號(hào)，可通過經(jīng)驗(yàn)了解，如鋼材中焊接缺 陷產(chǎn)生的聲發(fā)射源實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明信號(hào)頻率在25KHz- 750KHz內(nèi)等，但如果有條 件最好通過實(shí)際測(cè)定。然后選擇對(duì)關(guān)注的聲發(fā)射信號(hào)靈敏、而對(duì)噪音信號(hào)不靈 敏的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的特征和檢測(cè)目選擇相應(yīng)頻率的傳感器， 如金屬壓力容器檢測(cè)用傳感器的響應(yīng)頻率為100~ 400KHz，壓力管道和油罐底泄 露檢測(cè)傳感器的響應(yīng)頻率為30 - 60KHz等。
對(duì)于突發(fā)性聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射傳感器選用應(yīng)考慮對(duì)瞬態(tài)表面波的靈敏度，即入射角與傳感器敏感面平行的表面波，傳感器靈敏度評(píng)價(jià)應(yīng)采用電壓比速度 的方式。對(duì)于連續(xù)性的聲發(fā)射信號(hào)，聲發(fā)射傳感器的選用應(yīng)考慮對(duì)入射角與傳 感器敏感面垂直的平面波的靈敏度，傳感器靈敏度評(píng)價(jià)應(yīng)釆用電壓比壓強(qiáng)的方 式。
聲發(fā)射傳感器屬于接收換能器，靈敏度和工作頻帶是它的主要指標(biāo)。我們 斯望聲發(fā)射傳感器在工作頻帶內(nèi)具有盡可能高的靈敏度，以拾取所有的聲發(fā)射 信號(hào)。
本系統(tǒng)所釆用的傳感器均為單端諧振式傳感器，主要組成部分是壓電晶片， 是單端接收模式工作，另一端自由。此外傳感器組成部分還有保護(hù)膜、外殼、
電極引線、接插座、磁鐵，將壓電元件的電極面用膠粘貼在底座上；另一面焊 出一根很細(xì)的引線與高頻插座的芯線連接，外殼接地。
前置放大器，傳感器輸出的信號(hào)電壓有時(shí)低至微伏數(shù)量級(jí)，這樣微弱的信 號(hào)，若經(jīng)過長(zhǎng)距離的傳輸，信噪比必然要降低?？拷鼈鞲衅髟O(shè)置前置放大器，
將信號(hào)提高到一定程度，常用的有34、 40和60dB三種，再經(jīng)過高頻通州電纜 傳輸給信號(hào)處理單元(采集卡)。前置放大器輸入的是傳感器輸出的模擬信號(hào)， 輸出的是放大后的模擬信號(hào)，前置放大器是模擬電路，前置放大器的工作電源 采用電源信號(hào)共線方式輸送。
在聲發(fā)射系統(tǒng)中，前置放大器占有重要的地位，整個(gè)系統(tǒng)的噪聲由前置放 大器的性能左右。前置放大器的在整個(gè)系統(tǒng)中的作用就是要提高信噪比，要有 高增益和低噪聲的性能。此外，由于聲發(fā)射檢測(cè)通常在較強(qiáng)的機(jī)械噪聲(頻帶 通常低于50KHz)、液體噪聲(頻帶通常在100KHz lMHz)和電氣噪聲的環(huán)境中
進(jìn)行，因此前放還應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力和排除噪聲的能力。
前置放大器也可與傳感器組成一體化的帶前置放大器的傳感器，即將前置 放大器置入傳感器外殼內(nèi)。
放大電路(amplification circuit)就是增加電信號(hào)幅度或功率的電子電 路。應(yīng)用放大電路實(shí)現(xiàn)放大的裝置稱為放大器。它的核心是電子有源器件，如電子管、晶體管等。為了實(shí)現(xiàn)放大，必須給放大器提供能量。常用的能源是直 流電源，但有的放大器也利用高頻電源作為泵浦源。放大作用的實(shí)質(zhì)是把電源 的能量轉(zhuǎn)移給輸出信號(hào)。輸入信號(hào)的作用-是控制這種轉(zhuǎn)移，使放大器輸出信號(hào) 的變化重復(fù)或反映輸入信號(hào)的變化。現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，電信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)送、 接收、變換和處理，幾乎都以放大電路為基礎(chǔ)。20世紀(jì)初，真空三極管的發(fā)明
和電信號(hào)放大的實(shí)現(xiàn)，標(biāo)志著電子學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的階段。20世紀(jì)40年代末晶 體管的問世，特別是60年代集成電路的問世，加速了電子放大器以至電子系統(tǒng) 小型化和微型化的進(jìn)程。放大電路的基本形式有3種共發(fā)射極放大電路，共 基極放大電路和共集電極放大電路。在構(gòu)成多級(jí)放大器時(shí)，這幾種電路常常需 要相互組合使用。
現(xiàn)代使用最廣的是以晶體管(雙極型晶體管或場(chǎng)效應(yīng)晶體管)放大電路為基 礎(chǔ)的集成放大器。大功率放大以及高頻、微波的低噪聲放大，常用分立晶體管 放大器。高頻和微波的大功率放大主要靠特殊類型的真空管，如功率三極管或 四極管、磁控管、速調(diào)管、行波管以及正交場(chǎng)放大管等。
濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波， 一般由電抗元件組成，如在 負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而
成的各種復(fù)式濾波電路。
由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升 高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使 負(fù)載電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L,當(dāng)電源供 給的電流增加(由電源電壓增加引起)時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電流減小 時(shí)，又把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電流比較平滑，即電感L也有平波作用。
濾波電路形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式(電容 器C接在最前面)和電感輸入式(電感器L接在最前面)。前一種濾波電路多用 于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中(而且當(dāng)電流很大 時(shí)，僅用一電感器與負(fù)載串聯(lián))。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，是一個(gè)濾波、釆樣保持 和編碼的過程。模擬信號(hào)經(jīng)帶限濾波，采樣保持電路，變?yōu)殡A梯形狀信號(hào)，然后通過編碼器，使得階梯狀信號(hào)中的各個(gè)電平變?yōu)槎M(jìn)制碼。
模擬信號(hào)依次通過抽樣和保持(S/H)電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)后轉(zhuǎn)換 為數(shù)字格式。抽樣和保持電路以均勻間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，并且在每個(gè)
抽樣運(yùn)算后在足夠的時(shí)間內(nèi)保持抽樣值恒定，以保證輸出值可以被A/D轉(zhuǎn)換器
精確轉(zhuǎn)換。下一步是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將抽樣和保持電路的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字 形式。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出通常表示為二進(jìn)制編碼的形式。輸出是"字"的序 列，這里的每個(gè)"字"表示序列的一個(gè)抽樣值。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)以二進(jìn)制 位數(shù)表示，它限制了轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍(理解為轉(zhuǎn)換器表示的輸入模 擬信號(hào)的精度)。這個(gè)轉(zhuǎn)換精度有分辨率來(lái)表征，它由離散級(jí)數(shù)量決定。比如，
對(duì)一個(gè)以二進(jìn)制形式編碼的長(zhǎng)度為N位的字長(zhǎng)的輸出，有效地離散級(jí)數(shù)量是2 的N次方，分辨率為離散數(shù)量級(jí)的倒數(shù)。
主處理器由CPU、 CPLD或FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列)或DSP (Digtal Signal Processor,數(shù)字信號(hào)處理器)以及存儲(chǔ) 器等電子器件和寫入的軟件程序組成。主處理器主要進(jìn)行釆入數(shù)據(jù)的處理和命 令的發(fā)送。比如發(fā)送什么時(shí)間采集信號(hào)的指令，發(fā)出操作指令，信號(hào)數(shù)據(jù)的處 理等等。
FPGA是英文Field-Progra國(guó)able Gate Array的縮寫，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列，它是在PAL、 GAL、 CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作 為專用集成電路USIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電 路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
FPGA采用了邏輯單元陣列LCA (Logic Cell Array)這樣一個(gè)新概念，內(nèi) 部包括可配置邏輯模塊CLB (Configurable Logic Block )、輸出輸入模塊IOB (Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個(gè)部分。FPGA的基本 特點(diǎn)主要有
1) 采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。
2) FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。
3) FPGA內(nèi)都有豐富的觸發(fā)器和I/0引腳。4) FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。
5) FPGA釆用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CM0S、 TTL電平兼容。
可以說(shuō)，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì) 片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。 加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn) 入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠 反復(fù)使用。FPGA的編程無(wú)須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、 PR0M編 程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPR0M即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA, 不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。
RAM存儲(chǔ)器(Random-Access Memory,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。在計(jì)算機(jī)的組成 結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)很重要的部分，就是存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)的 部件，對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，有了存儲(chǔ)器，才有記憶功能，才能保證正常工作。
USB通信模塊，USB是英文Universal Serial BUS的縮寫，中文含義是"通 用串行總線"。它不是一種新的總線標(biāo)準(zhǔn)，而是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。
該發(fā)明應(yīng)用USB2. 0通訊協(xié)議可提供48MB/sec的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率。該USB 接口用來(lái)連接聲發(fā)射儀器與電腦主機(jī)，以及多個(gè)聲發(fā)射儀間的連接。
本發(fā)明實(shí)施的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)釆用聲學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)，其原理為材料中 局域源快速釋放能量產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(Acoustic Emission,
簡(jiǎn)稱AE),有時(shí)也稱為應(yīng)力波發(fā)射。材料在應(yīng)力作用下的變形與裂紋擴(kuò)展，是
結(jié)構(gòu)失效的重要機(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。
聲發(fā)射源(缺陷)在外力誘導(dǎo)下發(fā)出一種應(yīng)力脈沖波即聲發(fā)射信號(hào)。這種 應(yīng)力脈沖波即聲發(fā)射信號(hào)是機(jī)械振動(dòng)波在聲發(fā)射源所在材料中傳播。當(dāng)機(jī)械波 傳播到材料表面時(shí)，聲發(fā)射傳感器接收機(jī)械信號(hào)即聲發(fā)射信號(hào)，并將機(jī)械信號(hào) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后通過與之相連的前置放大器放大后送到釆集卡上，釆集卡再將 其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。第一次過門限時(shí)間(到達(dá)時(shí)間)、上升時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、峰 值幅度、能量及撞擊計(jì)數(shù)等聲發(fā)射特征參數(shù)都是通過釆集卡上的可編程閘門陣列提取的，波形可存儲(chǔ)在可選擇的瞬時(shí)紀(jì)錄模塊上。外接參數(shù)采集器獲取壓力、 溫度等參數(shù)數(shù)據(jù)并通過釆集卡總線傳到控制系統(tǒng)，此處所有的數(shù)據(jù)組成數(shù)據(jù)集 后被暫時(shí)存在控制器的內(nèi)存上，再通過釆集程序的控制轉(zhuǎn)換成聲發(fā)射文件存到 計(jì)算機(jī)硬盤上?？刂破髂軓尼娂ㄉ系乃矔r(shí)存儲(chǔ)器上讀取波形數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)硬 盤上的瞬時(shí)數(shù)據(jù)文件中。
由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例基于USB的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)是多通 道由多個(gè)平行的檢測(cè)通道構(gòu)成的聲發(fā)射系統(tǒng)。每一通道均是由類似的測(cè)量部件、 信號(hào)數(shù)字處理程序及計(jì)算程序，即功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，再配以完整的外圍部件 組成。此處所指系統(tǒng)的每一通道測(cè)量部件包括聲發(fā)射傳感器、前置放大器及釆 集卡。該聲發(fā)射系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)釆集和顯示聲發(fā)射信號(hào)波形和參數(shù)信號(hào)，所以可 充分滿足現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的各種應(yīng)用要求(波形釆集分析為基礎(chǔ)和或參數(shù)釆集分 析為基礎(chǔ))。由于可以釆集記錄全部的聲發(fā)射原始波形數(shù)據(jù)，使用者可以根據(jù)需 要應(yīng)用各種信號(hào)分析處理工具進(jìn)行后續(xù)的深入信號(hào)分析，包括定義更有針對(duì)性
的聲發(fā)射參數(shù)等。當(dāng)然也可應(yīng)用SAEU2S聲發(fā)射系統(tǒng)所附帶的聲發(fā)射信號(hào)釆集、
分析和顯示等工具綜合對(duì)信號(hào)的波形和參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行更合理的聲發(fā)射信號(hào)釆集
和處理。
該聲發(fā)射系統(tǒng)是USB聲發(fā)射系統(tǒng)，釆用USB2. 0實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，基本解 決了實(shí)時(shí)高速多通道聲發(fā)射信號(hào)波形數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)瓶頸問題。還實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng) 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，可按應(yīng)用需求直接輸出信號(hào)模式及曲面聲發(fā)射源定位等檢測(cè) 結(jié)果，使聲發(fā)射檢測(cè)成為智能化、可視化的檢測(cè)方法。該聲發(fā)射系統(tǒng)可根據(jù)實(shí) 際檢測(cè)的需要釆用不同的配置，包括使用不同配置的計(jì)算機(jī)、不同通道數(shù)的主 機(jī)箱及其外圍部件。不同配置的計(jì)算機(jī)，指的是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選用適合的 計(jì)算機(jī)配置，主要包括CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)等等；不同通道數(shù)的主機(jī)箱及其 外圍部件，指的是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要選擇不同大小的系統(tǒng)，即不同的通道數(shù)。 該系統(tǒng)是由2通道的SAEU2釆集卡插入主機(jī)箱中再通過USB連接到計(jì)算機(jī)上， 因此用戶可根據(jù)應(yīng)用的需要靈活的選擇計(jì)算機(jī)和釆集通道的數(shù)量。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn) 飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)是由多個(gè)平行的檢測(cè)通道構(gòu)成的USB2.0通訊聲發(fā)射采集器，USB2.0通訊和計(jì)算機(jī)及軟件組成的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。USB2.0通訊聲發(fā)射采集器的每一通道均是由類似的電子測(cè)量部件、信號(hào)數(shù)字處理程序組成。USB2.0通訊由聲發(fā)射采集器的USB2.0接口、USB2.0電纜和計(jì)算機(jī)上的USB2.0接口組成。所述聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)還包括傳感器，安裝在待測(cè)對(duì)象上，用于檢測(cè)所述待測(cè)對(duì)象的聲波信號(hào)，并將所述聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；放大器，與所述傳感器連接，用于將所述模擬信號(hào)放大為放大模擬信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與所述放大器連接，用于將所述放大模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；主處理器，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和命令的發(fā)送；電源模塊，與所述主處理器連接，用于為所述處理器提供電源。
2. 如權(quán)利要求1所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，每一通道測(cè)量部件包 括聲發(fā)射傳感器、前置放大器及采集卡。該發(fā)射系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集和顯示聲發(fā) 射信號(hào)波形和參數(shù)，所以可充分滿足現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的各種應(yīng)用要求(波形采集 分析為基礎(chǔ)和或參數(shù)釆集分析為基礎(chǔ))。由于可以釆集記錄聲發(fā)射原始波形數(shù) 據(jù)，使用者可以根據(jù)需要應(yīng)用各種信號(hào)分析處理軟件工具進(jìn)行后續(xù)的信號(hào)深入 分析，包括定義更有針對(duì)性的聲發(fā)射參數(shù)等。當(dāng)然也可應(yīng)用該聲發(fā)射系統(tǒng)所附 帶的聲發(fā)射信號(hào)采集、分析和顯示等軟件工具綜合對(duì)信號(hào)波形和參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行 更合理的聲發(fā)射信號(hào)采集和處理。
3. 如權(quán)利要求2所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該聲發(fā)射系統(tǒng)采用 USB2.0通訊方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，其聲發(fā)射采集卡是安裝在專用的獨(dú)立主機(jī)箱中 再連接到計(jì)算機(jī)的USB2. 0接口上。
4. 如權(quán)利要求3所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該聲發(fā)射系統(tǒng)的USB2. 0 通訊方式還用在幾個(gè)聲發(fā)射采集卡間的連接，使得該系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，最大可至112通道。
5. 如權(quán)利要求4所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)釆用USB2. 0通 訊協(xié)議可提供最大30MB/s的連續(xù)數(shù)據(jù)有效傳輸速率。
6. 如權(quán)利要求5所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該聲發(fā)射系統(tǒng)射實(shí)時(shí) 釆集軟件含波形參數(shù)采集、聲源定位分析等功能，WindowsXP環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí) 聲發(fā)射參數(shù)、波形采集及外參量輸入釆集；可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)波形、參數(shù)表、相關(guān)圖 及定位圖形顯示；能進(jìn)行線性、平面、柱面、球面、立方體定位及罐底三維定位，能自動(dòng)布置傳感器；軟件界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，操作方便，具有任意參數(shù)濾波器窗口設(shè)置、聚類、定位-參數(shù)-波形關(guān)聯(lián)分析顯示等信號(hào)處理功能。
7. 如權(quán)利要求6所述的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該聲發(fā)射系統(tǒng)事后分 析軟件可供多窗口選擇，釆用FFT、小波等現(xiàn)代波形分析方法進(jìn)行波形信號(hào)特征 提取，釆用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)進(jìn)行波形信號(hào)模式識(shí)別。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，由多個(gè)平行的檢測(cè)通道構(gòu)成，其聲發(fā)射采集卡安裝在獨(dú)立的主機(jī)箱中再連接到計(jì)算機(jī)上。主機(jī)箱與計(jì)算機(jī)相互獨(dú)立使得噪聲降低，通過USB2.0連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，最大可達(dá)到30MB/s的傳輸速率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)波形采集及特征參數(shù)提取，該系統(tǒng)自帶有軟件分析工具。主機(jī)箱獨(dú)立供電，通道數(shù)可擴(kuò)展至112通道，每一通道均是由類似的測(cè)量部件、信號(hào)處理程序及計(jì)算程序和外圍部件組成。該測(cè)量部件包括傳感器、前置放大器及采集卡。該采集卡是每卡2個(gè)通道，每通道16-bit精度、10MHzA/D轉(zhuǎn)換器和可在20K-1.2MHz內(nèi)程控設(shè)置的模擬濾波器為基礎(chǔ)的數(shù)字化聲發(fā)射波形和參數(shù)數(shù)據(jù)采集卡，A/D觸發(fā)模式有5種。
文檔編號(hào)G01H11/00GK101446507SQ20081021372
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者劉時(shí)風(fēng), 王旭東, 斌 胡 申請(qǐng)人:北京聲華興業(yè)科技有限公司