CN102220767A - 一种应力波信号测试仪及应力波信号的采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应力波信号测试仪，包括手持式终端、应力波传感器。所述的手持式终端包括：嵌入式芯片系统、音频录音模块，Wi-Fi传输模块，所述的音频录音模块包括信号调理放大电路和高精度A/D模块，本发明还提供了一种应力波信号的采集方法：在所述的手持式终端内置的嵌入式芯片系统中为信号输入设置缓冲区；利用所述的手持终端的音频录音模块的录音接口采集信号；将所采集的信号进行放大并进行A/D转换；将所得到的信号数据存入缓冲区；将所述的缓冲区内的数据放入贮存单元，利用本发明可以对应力波信号进行准确采集和实时分析处理，同时具有轻便节能、性能稳定、手持式操作等优点，适用于复杂多变的现场检测环境。
Description
技术领域
本发明涉及工程物探领域，尤其涉及一种应力波信号测试仪及应力波信号的采集方法。
背景技术
改革开放以来，我国的基础设施建设发展迅速，桥梁工程以及人工隧道和高边坡工程大量涌现。如果桥梁波纹管中预应力混凝土结构注浆不饱满，随着时间的推移，预应力筋会发生锈蚀和松弛，严重时会导致梁体开裂，直接影响着桥梁的质量和安全。另一方面，锚杆、锚索锚固技术已经在水电、道路等工程施工中得到广泛应用，但是，被锚固的岩体是否处在稳定的运行状态之检测方法并没有得到很好的解决。由此可见，研发桥梁工程波纹管注浆质量检测，以及锚杆、锚索锚固质量检测仪器具有十分重要的意义。
应力波法(声波法)是目前普遍采用且被认为是最为有效的无损检测方法，应力波信号测试仪虽说在测量精度上已经完全可以满足要求，但是目前的这种检测方法稳定性不强、携带不便、能耗较高、不能很好的适应野外复杂的测试条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于手持式终端的轻便、能耗较低、稳定性较强的应力波信号测试仪及应力波信号的采集方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应力波信号测试仪，包括手持式终端、应力波传感器，所述的手持式终端包括：嵌入式芯片系统、音频录音模块，Wi-Fi传输模块，所述的音频录音模块包括信号调理放大电路和高精度A/D模块。所述的应力波传感器用于将接收到的应力波信号传入所述音频录音模块的信号调理放大电路。所述的信号调理放大电路用于将从应力波传感器接收的应力波信号进行放大并将放大后的信号传入高精度A/D模块。所述的高精度A/D模块用于对应力波信号进行A/D转换并将转换后的信号传入嵌入式芯片系统。所述的嵌入式芯片系统，用于控制应力波信号的实时采集。所述的Wi-Fi传输模块，用于将嵌入式芯片系统采集的完整信号发送出去。
进一步地，所述的手持式终端的高精度A/D模块的采样精度在16Bit～32Bit位之间，采样频率大于44KHz。
进一步地，所述的手持式终端的高精度A/D模块的采样频率为48KHz、96KHz、192KHz。
进一步地，所述的手持式终端的嵌入式芯片系统包括32位微处理器芯片ARM，所述的32位微处理器芯片ARM内置有实时的多任务操作系统Windows CE/Mobile。
进一步地，所述的手持式终端还包括一USB接口，所述的USB接口与所述的嵌入式芯片系统相连。
进一步地，所述的手持终端为智能手机以及PPC或者PDA。
一种应力波信号的采集方法，通过以上所述的手持式终端实现，包括：步骤1，在所述的手持式终端内置的嵌入式芯片系统中为信号输入设置缓冲区；步骤2，所述的手持终端的音频录音模块的录音接口采集信号；步骤3，将步骤2中所采集的信号进行放大并进行A/D转换；步骤4，将通过步骤3所得到的信号数据存入步骤1中所述的缓冲区；步骤5，将步骤4中所述的缓冲区内的数据放入贮存单元。
进一步地，步骤1中所述的缓冲区为2个或多个，相应地，步骤4所述将信号存入缓冲区的实现方法为：信号数据先被存入其中一个缓冲区，当此缓冲区数据填满时CPU对此缓存的数据进行处理，同时向另一空白缓冲区存放数据。
进一步地，步骤5中所述贮存单元包括：触发前采样贮存单元和触发后采样贮存单元，
步骤5中所述的将缓冲区内的数据放入贮存单元的实现方法为：设置一规定电平，当信号没有触发规定电平时，所采集到的信号数据以向前移动方式被保存在触发前采样贮存单元，当信号触发规定电平时，所采集到的信号数据被依次保存在触发后采样贮存单元，触发前采样贮存单元和贮存后采样触发单元中的数据之和即为所采集到的完整的应力波信号。
本发明的有益效果：
应用嵌入式实时智能测试技术，可以对应力波信号进行准确采集和实时分析处理，同时具有轻便节能、性能稳定、手持式操作等优点，特别实用于复杂多变的现场检测环境。
附图说明
图1为本发明一种应力波信号测试仪的一实施例组成框图；
图2为本发明一种应力波信号的采集方法的流程示意图；
图3为将信号存入缓冲区的实现方法原理示意图。
具体实施方式
参见附图1，一种应力波信号测试仪，包括手持式终端1、应力波传感器，所述的手持式终端包括：嵌入式芯片系统、音频录音模块，Wi-Fi传输模块，所述的音频录音模块包括信号调理放大电路和高精度A/D模块。所述的应力波传感器用于将接收到的应力波信号传入所述音频录音模块的信号调理放大电路。所述的信号调理放大电路用于将从应力波传感器接收的应力波信号进行放大并将放大后的信号传入高精度A/D模块。所述的高精度A/D模块用于对应力波信号进行A/D转换并将转换后的信号传入嵌入式芯片系统。所述的嵌入式芯片系统，用于控制应力波信号的实时采集。所述的Wi-Fi传输模块，用于将嵌入式芯片系统采集的完整信号发送出去。所述的手持式终端还包括一USB接口，所述的USB接口与所述的嵌入式芯片系统相连，本实施例所述的应力波信号测试仪所采集的完整信号数据可以通过USB接口发送出去。所述的手持式终端的嵌入式芯片系统包括32位微处理器芯片ARM，所述的32位微处理器芯片ARM内置有实时的多任务操作系统Windows CE/Mobile。
传感器接收到的应力波信号在手持式终端(智能设备)内部，首先通过信号调理放大电路进行信号放大调理，然后通过高精度A/D模块对信号进行模数转换，嵌入式芯片(ARM)通过音频信号控制与数据传输总线(I2C/I2S)与A/D模块相连接。所述的手持式终端的高精度A/D模块的采样精度在16Bit～32Bit位之间，采样频率为48KHz或96KHz或192KHz，应当理解此处采样频率并不限于此，仅为解释此实施例。
目前，手持式终端一般均具有高精度音频录音功能，因此，可选用合适的应力波信号传感器直接与手持式终端上的录音接口(MIC)相连接。实际检测时，实测应力波信号通过MIC前置的信号调理放大电路和A/D模块实现高精度采集，这样可以极大的方便仪器的硬件设计。直接使用手持式终端自带的MIC信号采集电路给硬件设计带来了极大的方便，但另一方面，所选用的应力波信号传感器需要与其要求的类型和灵敏度相一致。
一种应力波信号的采集方法，通过以上所述的手持式终端实现，包括：
S1，在所述的手持式终端内置的嵌入式芯片系统中为信号输入设置缓冲区；
S2，所述的手持终端的音频录音模块的录音接口采集信号；
S3，将S2中所采集的信号进行放大并进行A/D转换；
S4，将通过S3所得到的信号数据存入S1中所述的缓冲区；
S5，将S4中所述的缓冲区内的数据放入贮存单元。
S1中所述的缓冲区为2个或多个，相应地，S4所述将信号存入缓冲区的实现方法为：信号数据先被存入其中一个缓冲区，当此缓冲区数据填满时CPU对此缓存的数据进行处理，同时向另一空白缓冲区存放数据。
S5中所述贮存单元包括：触发前采样贮存单元和触发后采样贮存单元，
S5中所述的将将缓冲区内的数据放入贮存单元的实现方法为：设置一规定电平，当信号没有触发规定电平时，所采集到的信号数据以向前移动方式被保存在触发前采样贮存单元，当信号触发规定电平时，所采集到的信号数据被依次保存在触发后采样贮存单元，触发前采样贮存单元和贮存后采样触发单元中的数据之和即为所采集到的完整的应力波信号。
具体的，为了提高系统的并行能力和对音频信号的实时处理能力，在应用嵌入式系统音频功能实现应力波信号采集时，需要采用多线程和多缓冲区API音频函数编程技术。首先应用waveInOpen()打开音频设备，然后使用waveInAddBuffer()函数为信号输入开避两个或多个缓冲区，之后调用waveInStart()函数开始对信号进行采集。
参见附图3，信号输入设备(CODEC)首先向某一个缓冲区(buffer)存放数据，当缓冲区填满数据时系统发出消息，应用程序收到消息后调用自定义GetSoundData()函数，CPU依据函数代码对这一缓冲区中数据进行分析处理，同时信号输入设备开始向另一空白缓冲区存放数据。上述过程循环进行，即可对任意长度应力波信号进行连续采集和实时分析处理。
在信号进行放大调理和A/D模数转换之后，接下来应用程序通过调用自定义GetSoundData()函数，CPU(ARM)对数字信号进行实时分析处理，GetSoundData()函数设计代码(EVC)简要如下：
//n0为触发前贮存单元个数
void CEGS06View::GetSoundData(short int*buffer)
{
int i，j，n；short int sv；
n＝m_SoundIn.get_bufSamples()；//得到缓存区样点数
for(i＝0；i＜n；i++)
{
sv＝*buffer；buffer++；//得到样点值
if(trig)//判断规定电平是否已经被触发
{
sn++；
samp_x[sn]＝sv；//采集到的样点依次保存在触发后贮存单元
}else
{
for(j＝0；j＜n0；j++)samp_x[j]＝samp_x[j+1]；//样点向前移动
samp_x[n0]＝sv；//保存新的样点
if(abs(sv)＞s_level)trig＝true；//确定信号是否触发规定电平
}
}
}
//
在用应力波法对波纹管注浆质量以及锚杆、锚索锚固质量进行无损检测时，仪器需要具有应力波信号自动触发采集功能，同时又要保证触发前的有效信号不会丢失，这样才能记录到完整的应力波信号。具体实施方式为，当应用软件开始对信号进行采样时，应用程序依据自定义GetSoundData()函数代码对所采信号进行实时处理。在信号没有触发规定电平时，所采集到的信号样点用向前移动方式被保存在触发前采样贮存单元(samp_x[0..n0-1])，一旦信号触发规定电平，所采集到的信号样点依次保存在触发后采样贮存单元(samp_x[n0..sn])，仪器所采集到的完整的应力波信号就是触发前与触发后采样贮存单元中的样点之和(samp_x[0..sn])。
Claims (9)
1.一种应力波信号测试仪，包括手持式终端，所述的手持式终端包括：嵌入式芯片系统、音频录音模块，Wi-Fi传输模块，所述的音频录音模块包括信号调理放大电路和高精度A/D模块，其特征在于：还包括应力波传感器，
所述的应力波传感器用于将接收到的应力波信号传入所述音频录音模块的信号调理放大电路，
所述的信号调理放大电路用于将从应力波传感器接收的应力波信号进行放大并将放大后的信号传入高精度A/D模块，
所述的高精度A/D模块用于对应力波信号进行A/D转换并将转换后的信号传入嵌入式芯片系统，
所述的嵌入式芯片系统，用于控制应力波信号的实时采集，
所述的Wi-Fi传输模块，用于将嵌入式芯片系统采集的完整信号发送出去。
2.根据权利要求1所述的应力波信号测试仪，其特征在于：所述的手持式终端的高精度A/D模块的采样精度在16Bit～32Bit位之间，采样频率大于44KHz。
3.根据权利要求1所述的应力波信号测试仪，其特征在于：所述的手持式终端的高精度A/D模块的采样频率为48KHz或96KHz或192KHz。
4.根据权利要求1所述的应力波信号测试仪，其特征在于：所述的手持式终端的嵌入式芯片系统包括32位微处理器芯片ARM，所述的32位微处理器芯片ARM内置有实时的多任务操作系统Windows CE/Mobile。
5.根据权利要求1所述的应力波信号测试仪，其特征在于：所述的手持式终端还包括一USB接口，所述的USB接口与所述的嵌入式芯片系统相连。
6.根据权利要求1任一所述的应力波信号测试仪，其特征在于：所述的手持终端为智能手机以及PPC或者PDA。
7.一种应力波信号的采集方法，通过权利要求1-6任一所述的应力波信号测试仪实现，其特征在于包括：
步骤1，在所述的手持式终端内置的嵌入式芯片系统中为信号输入设置缓冲区；
步骤2，利用所述的手持终端的音频录音模块的录音接口采集信号；
步骤3，将步骤2中所采集的信号进行放大并进行A/D转换；
步骤4，将通过步骤3所得到的信号数据存入步骤1中所述的缓冲区；
步骤5，将步骤4中所述的缓冲区内的数据放入贮存单元。
8.根据权利要求7所述的应力波信号的采集方法，其特征在于：步骤1中所述的缓冲区为2个或多个，相应地，步骤4所述将信号存入缓冲区的实现方法为：信号数据先被存入其中一个缓冲区，当此缓冲区数据填满时CPU对此缓存的数据进行处理，同时向另一空白缓冲区存放数据。
9.根据权利要求7-8任一所述的应力波信号的采集方法，其特征在于：步骤5中所述贮存单元包括：触发前采样贮存单元和触发后采样贮存单元，
步骤5中所述的将将缓冲区内的数据放入贮存单元的实现方法为：设置一规定电平，当信号没有触发规定电平时，所采集到的信号数据以向前移动方式被保存在触发前采样贮存单元，当信号触发规定电平时，所采集到的信号数据被依次保存在触发后采样贮存单元，触发前采样贮存单元和贮存后采样触发单元中的数据之和即为所采集到的完整的应力波信号。
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