一種聲發(fā)射儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種聲發(fā)射儀，包括聲發(fā)射傳感器、前置放大器、采集器和計算機，其中，采集器包括：模擬濾波器模塊，用于對放大后的信號進行第一次濾波處理；模數(shù)轉換模塊，用于將第一次濾波處理后的信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號；實時數(shù)字濾波器模塊，用于實時對轉換后的數(shù)字信號進行第二次濾波處理，生成聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊，用于存儲所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并將所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計算機，以供所述計算機進行波形與參數(shù)顯示。本實用新型能夠保證波形與參數(shù)的同步性與真實性，能夠根據(jù)需要任意設置數(shù)字濾波的頻率窗口，增強濾波效果。
【專利說明】
一種聲發(fā)射儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及聲發(fā)射檢測與信號處理技術領域，尤其涉及一種聲發(fā)射儀。
【背景技術】
[0002]材料中局域源能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射，材料在應力作用下的變形與裂紋擴展是結構失效的重要機制，這種直接與變形和斷裂機制有關的源，被稱為聲發(fā)射源。聲發(fā)射檢測和聲發(fā)射信號處理的目的是獲得有關聲發(fā)射源的信息，包括損傷位置、損傷程度和剩余壽命等。聲發(fā)射信號處理技術面臨的兩大困難是聲發(fā)射信號的微弱性(但又完全可以是寬動態(tài)范圍)和干擾噪聲的多樣性。因此，聲發(fā)射檢測技術涉及到的信號處理內(nèi)容應當是最廣泛的、最全面的。
[0003]傳統(tǒng)的聲發(fā)射儀通常配置模擬濾波器，在聲發(fā)射信號經(jīng)過前置放大器后對轉化得到的模擬聲發(fā)射信號進行濾波，這種模式下儀器可選的帶通或帶阻頻率為幾個預設的固定值，這就限制了對信號處理的靈活性。另一種方法是信號經(jīng)過模擬濾波器后通過模數(shù)轉換模塊將其轉換為數(shù)字信號，然后再通過計算機軟件程序對其進行后處理濾波，由于這種方法采集生成參數(shù)的過程在計算機軟件處理之前，因此這種方法的一個致命弱點是經(jīng)過軟件處理后得到的波形與原始采集所測得的參數(shù)會出現(xiàn)不對應的現(xiàn)象，影響處理效果。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]有鑒于此，本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種聲發(fā)射儀，保證輸出信號波形與原始采集數(shù)據(jù)的同步性和真實性，并且能夠根據(jù)需要任意設置數(shù)字濾波的頻率窗口，增強濾波效果。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—種聲發(fā)射儀，包括:
[0007]聲發(fā)射傳感器，用于接收聲發(fā)射信號；
[0008]前置放大器，用于對所述聲發(fā)射信號進行放大；
[0009]采集器，用于對放大后的信號進行濾波；
[0010]計算機，用于對濾波后的信號進行波形與參數(shù)顯示；
[0011]其中，所述采集器包括:
[0012]模擬濾波器模塊，用于對放大后的信號進行第一次濾波處理；
[0013]模數(shù)轉換模塊，用于將第一次濾波處理后的信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號；
[0014]實時數(shù)字濾波器模塊，用于實時對轉換后的數(shù)字信號進行第二次濾波處理，生成聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)；
[0015]數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊，用于存儲所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并將所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計算機，以供所述計算機根據(jù)所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。
[0016]優(yōu)選地，所述實時數(shù)字濾波器模塊包括輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊、數(shù)字濾波器核、信號合成子模塊和濾波器控制子模塊；
[0017]所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊用于根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型對所述輸入數(shù)據(jù)進行預處理，將信號數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)字濾波器核，將旁路數(shù)據(jù)發(fā)送至所述信號合成子模塊；
[0018]所述數(shù)字濾波器核用于對所述信號數(shù)據(jù)進行濾波；
[0019]所述信號合成子模塊用于對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行合成處理，生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)；
[0020]所述濾波器控制子模塊用于控制所述數(shù)字濾波器核及所述信號合成子模塊工作，實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控、狀態(tài)監(jiān)控和濾波器系數(shù)更新。
[0021]優(yōu)選地，所述旁路數(shù)據(jù)為與所述聲發(fā)射信號的波形無關的數(shù)據(jù)，當所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊傳輸所述旁路數(shù)據(jù)或者對所述數(shù)字濾波器核進行復位時，所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊向所述數(shù)字濾波器核發(fā)送預設的零數(shù)據(jù)。
[0022]優(yōu)選地，所述數(shù)字濾波器核包括全并行結構的64個乘法器和63個加法器，能夠實現(xiàn)64階的乘累加運算。
[0023]優(yōu)選地，所述信號合成子模塊能夠對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行選通、對濾波后的信號數(shù)據(jù)進行舍入和飽和處理、對濾波后的信號數(shù)據(jù)的群延時進行處理、以及構造隨數(shù)屬性信號，以生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)。
[0024]優(yōu)選地，所述濾波器控制子模塊包括濾波功能控制單元和數(shù)據(jù)重載控制單元，所述濾波功能控制單元用于實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控和狀態(tài)監(jiān)控，所述數(shù)據(jù)重載控制單元用于實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。
[0025]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)重載控制單元包括濾波器系數(shù)存儲子單元和濾波器系數(shù)重載子單元，所述濾波器系數(shù)存儲子單元用于提供存儲空間，并存儲當前的濾波器系數(shù)，所述濾波器系數(shù)重載子單元用于從所述濾波器系數(shù)存儲子單元中讀取全部濾波器系數(shù)，并以預定的時序寫入所述數(shù)字濾波器核中，實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。
[0026]優(yōu)選地，所述計算機包括聲發(fā)射軟件處理模塊和數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊，所述聲發(fā)射軟件處理模塊用于利用聲發(fā)射軟件對所述實時數(shù)字濾波器模塊生成的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，所述數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊用于存儲優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并根據(jù)優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。
[0027]本實用新型采用以上技術方案，在采集器內(nèi)部設置了實時數(shù)字濾波器模塊，并將其置于模擬濾波器模塊與模數(shù)轉換模塊之后，對模數(shù)轉換所得到的數(shù)字信號進行第二次濾波，然后再對相關聲發(fā)射信號特征參數(shù)進行輸出和波形顯示，保證了波形與參數(shù)的同步性與真實性。同時，本實用新型能夠根據(jù)需要任意設置數(shù)字濾波的頻率窗口，有帶通、帶阻、高通、低通等可選，并且所有通道可同時啟用，方便針對不同測試情景進行相應的設置，配合模擬濾波器模塊使用，濾波器阻帶衰減可累積，從而增強濾波效果。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型實施例中聲發(fā)射儀的結構示意圖；
[0029]圖2為本實用新型實施例中數(shù)字濾波器模塊的結構示意圖；
[0030]圖3a_圖3b為不采用實時數(shù)字濾波器模塊時輸入信號和輸出信號的波形圖；
[0031]圖4a_圖4b為本實用新型實施例中采用帶通為100KHz-200KHz的實時數(shù)字濾波器模塊時輸入信號和輸出信號的波形圖。
[0032]圖中:1、聲發(fā)射傳感器;2、前置放大器;3、采集器;4、計算機;31、模擬濾波器模塊；32、模數(shù)轉換模塊;33、實時數(shù)字濾波器模塊;34、數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊;41、聲發(fā)射軟件處理模塊;42、數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊;331、輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊;332、數(shù)字濾波器核;333、信號合成子模塊;334、濾波器控制子模塊;3341、濾波功能控制單元;3342、數(shù)據(jù)重載控制單
J L ο
【具體實施方式】
[0033]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
[0034]本實用新型提供了一種聲發(fā)射儀，如圖1所示，所述聲發(fā)射儀包括聲發(fā)射傳感器1、前置放大器2、采集器3和計算機4，聲發(fā)射傳感器I用于接收聲發(fā)射信號，前置放大器2用于對所述聲發(fā)射信號進行放大，采集器3用于對放大后的信號進行濾波，計算機4用于對濾波后的信號進行波形與參數(shù)顯示。
[0035]其中，采集器3包括模擬濾波器模塊31、模數(shù)轉換模塊32、實時數(shù)字濾波器模塊33和數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊34，模擬濾波器模塊31用于對放大后的信號進行第一次濾波處理，模數(shù)轉換模塊32用于將第一次濾波處理后的信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號，實時數(shù)字濾波器模塊33用于實時對轉換后的數(shù)字信號進行第二次濾波處理，生成聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊34用于存儲所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并將所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計算機，以供所述計算機根據(jù)所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。
[0036]本實用新型通過在采集器3內(nèi)部設置實時數(shù)字濾波器模塊33，并將其置于模擬濾波器模塊31與模數(shù)轉換模塊32之后，對模數(shù)轉換所得到的數(shù)字信號進行第二次濾波，然后再對相關聲發(fā)射信號特征參數(shù)進行輸出和波形顯示，保證了波形與參數(shù)的同步性與真實性。同時，本實用新型能夠根據(jù)需要任意設置數(shù)字濾波的頻率窗口，有帶通、帶阻、高通、低通等可選，并且所有通道可同時啟用，方便針對不同測試情景進行相應的設置，配合模擬濾波器模塊使用，濾波器阻帶衰減可累積，從而增強濾波效果。
[0037]具體地，如圖2所示，實時數(shù)字濾波器模塊33包括輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊331、數(shù)字濾波器核332、信號合成子模塊333和濾波器控制子模塊334，實時數(shù)字濾波器模塊33主要進行與聲發(fā)射信號相關的運算處理、頻譜變換等操作，以實現(xiàn)濾波功能。
[0038]其中，輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊331用于根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型對所述輸入數(shù)據(jù)進行預處理，將信號數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)字濾波器核332，將旁路數(shù)據(jù)發(fā)送至信號合成子模塊333。這里的信號數(shù)據(jù)主要是指與聲發(fā)射信號的波形相關的數(shù)據(jù)，旁路數(shù)據(jù)指與聲發(fā)射信號的波形無關的數(shù)據(jù)，例如壓力數(shù)據(jù)等。數(shù)字濾波器核332用于對所述信號數(shù)據(jù)進行濾波，主要通過64階乘累加運算實現(xiàn)。信號合成子模塊333用于對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行合成處理，生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)；
[0039]濾波器控制子模塊334用于控制數(shù)字濾波器核332及信號合成子模塊333工作，實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控、狀態(tài)監(jiān)控和濾波器系數(shù)更新等。
[0040]優(yōu)選地，數(shù)字濾波器核332包括全并行結構的64個乘法器和63個加法器，以實現(xiàn)64階的乘累加運算。這樣可以保證每個周期均可以處理一個采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)輸入，并在每個周期都輸出一個濾波數(shù)據(jù)。
[0041]在本實用新型中，當輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊331傳輸所述旁路數(shù)據(jù)或者對數(shù)字濾波器核332進行復位時，輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊331向數(shù)字濾波器核332發(fā)送預設的零數(shù)據(jù)，以清除數(shù)字濾波器核332中各級寄存器的值，并實現(xiàn)數(shù)字濾波器核332的低功耗。
[0042]具體地，信號合成子模塊333對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行的合成處理包括:信號合成子模塊333能夠對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行選通、對濾波后的信號數(shù)據(jù)進行舍入和飽和處理、對濾波后的信號數(shù)據(jù)的群延時進行處理、以及構造隨數(shù)屬性信號，以生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)。
[0043]進一步地，如圖2所示，濾波器控制子模塊334包括濾波功能控制單元3341和數(shù)據(jù)重載控制單元3341，濾波功能控制單元3341用于實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控和狀態(tài)監(jiān)控等操作，數(shù)據(jù)重載控制單元3342用于實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。
[0044]其中，數(shù)據(jù)重載控制單元3342包括濾波器系數(shù)存儲子單元和濾波器系數(shù)重載子單元，所述濾波器系數(shù)存儲子單元用于提供存儲空間，并存儲當前的濾波器系數(shù)，所述濾波器系數(shù)重載子單元用于從所述濾波器系數(shù)存儲子單元中讀取全部濾波器系數(shù)，并以預定的時序寫入數(shù)字濾波器核332中，實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。
[0045]優(yōu)選地，如圖1所示，計算機4包括聲發(fā)射軟件處理模塊41和數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊42，聲發(fā)射軟件處理模塊41用于利用聲發(fā)射軟件對實時數(shù)字濾波器模塊33生成的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊42用于存儲優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并根據(jù)優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。
[0046]本實用新型所提供的聲發(fā)射儀的工作流程如下:
[0047]聲發(fā)射傳感器I在待測物表面接收到模擬聲發(fā)射信號后，通過前置放大器2進行信號放大并傳送至采集器3內(nèi)，首先經(jīng)過模擬濾波器模塊31對模擬信號進行第一次濾波處理，之后通過模數(shù)轉換模塊32將模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號輸入實時數(shù)字濾波器模塊33中，實時數(shù)字濾波器模塊33對聲發(fā)射數(shù)字信號進行運算處理和信號頻譜變換等操作，完成第二次濾波處理，經(jīng)數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊34之后，將濾波后數(shù)據(jù)傳輸至計算機4內(nèi)部，進行波形與參數(shù)的顯示。
[0048]下面結合圖3a_圖3b和圖4a_圖4b對本實用新型的效果進行進一步說明，圖3a_圖3b為不采用實時數(shù)字濾波器模塊時輸入信號和輸出信號的波形圖，圖4a_圖4b為采用帶通為100KHz-200KHz的實時數(shù)字濾波器模塊時輸入信號和輸出信號的波形圖。
[0049]通過對比可以看出，本實用新型通過在采集器內(nèi)部設置實時數(shù)字濾波器模塊，對模數(shù)轉換所得到的數(shù)字信號進行第二次濾波，然后再進行波形顯示，保證了波形與參數(shù)的同步性與真實性。同時，本實用新型能夠根據(jù)需要任意設置數(shù)字濾波的頻率窗口，例如圖4a-圖4b為采用帶通為100KHz-200KHz的實時數(shù)字濾波器模塊，針對不同測試情景進行相應的設置，配合模擬濾波器模塊使用，能夠增強濾波效果。
[0050]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種聲發(fā)射儀，包括: 聲發(fā)射傳感器，用于接收聲發(fā)射信號； 前置放大器，用于對所述聲發(fā)射信號進行放大； 采集器，用于對放大后的信號進行濾波； 計算機，用于對濾波后的信號進行波形與參數(shù)顯示； 其特征在于，所述采集器包括: 模擬濾波器模塊，用于對放大后的信號進行第一次濾波處理； 模數(shù)轉換模塊，用于將第一次濾波處理后的信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號； 實時數(shù)字濾波器模塊，用于實時對轉換后的數(shù)字信號進行第二次濾波處理，生成聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)存儲與發(fā)送控制模塊，用于存儲所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并將所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計算機，以供所述計算機根據(jù)所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。2.根據(jù)權利要求1所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述實時數(shù)字濾波器模塊包括輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊、數(shù)字濾波器核、信號合成子模塊和濾波器控制子模塊； 所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊用于根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的類型對所述輸入數(shù)據(jù)進行預處理，將信號數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)字濾波器核，將旁路數(shù)據(jù)發(fā)送至所述信號合成子模塊； 所述數(shù)字濾波器核用于對所述信號數(shù)據(jù)進行濾波； 所述信號合成子模塊用于對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行合成處理，生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)； 所述濾波器控制子模塊用于控制所述數(shù)字濾波器核及所述信號合成子模塊工作，實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控、狀態(tài)監(jiān)控和濾波器系數(shù)更新。3.根據(jù)權利要求2所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述旁路數(shù)據(jù)為與所述聲發(fā)射信號的波形無關的數(shù)據(jù)，當所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊傳輸所述旁路數(shù)據(jù)或者對所述數(shù)字濾波器核進行復位時，所述輸入數(shù)據(jù)預處理子模塊向所述數(shù)字濾波器核發(fā)送預設的零數(shù)據(jù)。4.根據(jù)權利要求2所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述數(shù)字濾波器核包括全并行結構的64個乘法器和63個加法器，能夠實現(xiàn)64階的乘累加運算。5.根據(jù)權利要求2所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述信號合成子模塊能夠對所述旁路數(shù)據(jù)及濾波后的信號數(shù)據(jù)進行選通、對濾波后的信號數(shù)據(jù)進行舍入和飽和處理、對濾波后的信號數(shù)據(jù)的群延時進行處理、以及構造隨數(shù)屬性信號，以生成所述聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)。6.根據(jù)權利要求2所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述濾波器控制子模塊包括濾波功能控制單元和數(shù)據(jù)重載控制單元，所述濾波功能控制單元用于實現(xiàn)濾波及合成過程中的屬性配置、啟動停止管控和狀態(tài)監(jiān)控，所述數(shù)據(jù)重載控制單元用于實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。7.根據(jù)權利要求6所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)重載控制單元包括濾波器系數(shù)存儲子單元和濾波器系數(shù)重載子單元，所述濾波器系數(shù)存儲子單元用于提供存儲空間，并存儲當前的濾波器系數(shù)，所述濾波器系數(shù)重載子單元用于從所述濾波器系數(shù)存儲子單元中讀取全部濾波器系數(shù)，并以預定的時序寫入所述數(shù)字濾波器核中，實現(xiàn)濾波器系數(shù)更新。8.根據(jù)權利要求1至7中任意一項所述的聲發(fā)射儀，其特征在于，所述計算機包括聲發(fā)射軟件處理模塊和數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊，所述聲發(fā)射軟件處理模塊用于利用聲發(fā)射軟件對所述實時數(shù)字濾波器模塊生成的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，所述數(shù)據(jù)存儲與顯示模塊用于存儲優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)，并根據(jù)優(yōu)化處理后的聲發(fā)射信號特征參數(shù)與波形數(shù)據(jù)進行波形與參數(shù)顯示。
【文檔編號】G01H17/00GK205449283SQ201620179985
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月9日
【發(fā)明人】劉時風, 董屹彪, 李 赫
【申請人】北京聲華興業(yè)科技有限公司