CN104730150A - 多通道声发射监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道声发射监测系统，包括传感器、信号采集电路、软件、工控主机，其特征在于：传感器接口接入信号采集电路部分的主控板；信号采集电路主要由主控板、信号调理采集单元、不间断电源及保护电路组成；工控主机提供网络RJ45接口、串口、配备大容量存储硬盘；软件为配套数据采集软件和分析软件，安装在工控主机上。本发明的技术要点在于：1、采用FPGA技术，高速AD，FIFO二级缓存，并行数据采集；采用TCP/IP网络传输数据；2、采用总线结构，信号采集板通过插槽插接到主板上，体积小、电缆接线少、信噪比高、功能拓展方便；3、系统配置仪器软件与分析软件，可对数据进行实时采集、显示、存储及声发射源精确定位等。

Description

多通道声发射监测系统

技术领域

本发明为传感器技术、信号处理采集电路、计算机软件编程、无损检测、安全监测等多种技术领域交叉的产品。具体涉及一种多通道声发射监测系统。

背景技术

声发射是指在固体材料或构件内由于能量的迅速释放而产生瞬时弹性波的现象。在一些情形下，声发射是可以听到的。例如，岩石破裂前或木材断裂前发出的声音。但大多数情况下声发射信号强度很弱，人耳不能直接听到，需要高灵敏度的监测仪器才能检测出来。声发射与材料或构件中的局部不稳定状态有关，它是材料或构件中局部能量再分布的结果。这种能量的再分布往往是材料或构件损坏前的征兆。对不同岩性的岩石进行力学实验，模拟顶部岩石从承受压力到压力将岩石压断的整个过程表明：岩石材料在不同的应力作用下，如在正常应力状态( 承受应力的大小没有超过岩石或者材料的承受强度)、危险状态( 承受的应力大小开始逐渐超过岩石或材料的承载强度，材料开始发生微小破坏) 和破坏状态( 承受的应力大小超过岩石或材料的最大承载强度，材料开始发生明显破坏) 时，岩石产生的声发射信号数量差异很大。声发射的脉冲波有丰富的频率成分，大多频率在千赫到兆赫之间的范围内。

随着国民经济的发展，大型矿井、高陡露天边坡、大型隧道、高铁路基、高层建筑、高架桥、大型水电库坝等相继建成，投入使用过程中，安全与稳定性监控至关重要，声发射监测系统通过接收和分析材料的声发射信号来评定材料性完整性，实时评价大型构件的安全性。目前声发射监测系统已广泛应用于岩体、混凝土、坝体等筑建物安全检测评价与危险预报等领域，可为采取预防措施提供宝贵的时间。

发明内容

本发明的目的是提供一种并行高速采集的、高采样精度的，基于网络传输模式的多通道声发射监测系统。

本发明的技术方案是：一种多通道声发射监测系统，包括传感器、信号采集电路、软件、工控主机，其特征在于：传感器接口接入信号采集电路部分的主控板；信号采集电路主要由主控板、信号调理采集单元、不间断电源及保护电路组成；工控主机提供网络RJ45接口、串口、配备大容量存储硬盘；软件为配套数据采集软件和分析软件，安装在工控主机上。

所述的主控板提供传感器驱动电路，1－12通道信号输入接口、自定义系统总线接口、网络输出接口、外部电源输入接口。

所述的主控板单块主控板设6个总线接口，可挂载6个并行的信号调理采集单元。

所述的主控板多块主控板可级联。

所述的主控板采用FPGA主控芯片，千兆网络通讯芯片、高速传输通道AD数据，通过网络输出接口将信号调理采集单元采集的数据实时传输至工控主机。

所述的信号调理采集单元采用现场可编程门阵列Altera FPGA产品，40MHz时钟，16位AD,10Mbps高采样率，32M SRAM缓存。

所述的信号调理采集单元每个提供2通道信号采集，将传感器信号放大、滤波后AD转换，SRAM高速缓存，数据最终通过主控板系统总线传送至工控主机。

所述的传感器采用谐振式声发射传感器或宽带响应的声发射传感器。

本发明的技术要点在于：

1、采用FPGA技术，高速AD，FIFO二级缓存，并行数据采集；采用TCP/IP网络传输数据；

2、采用总线结构，信号采集板通过插槽插接到主板上，体积小、电缆接线少、信噪比高、功能拓展方便；

3、系统配置仪器软件与分析软件，可对数据进行实时采集、显示、存储；分析软件提供多种声发射事件拾取控制参数与拾取算法，声发射源精确定位等。

附图说明

图1为信号调理采集单元原理框图；

图2为主控板原理框图。

具体实施方式

如图1所示，每个采集单元提供2通道声发射传感器信号输入，可接受传感器信号频带范围1KHz~1MHz,信号经过程控放大、低通、高通滤波调理后，进行最大10Mbps 、16bit、高速率A/D转换，采用32M SRAM FIFO二级缓存，最后数据通过系统总线传输至主控板。

如图2所示，主控板提供接口：外部传感器接口、采集单元接口、电源输入、网络接口。单块主控板总线上可挂载6个并行采集单元（12通道），多块主控板可级联，达到拓展通道的目的。

主控板通过1000Mbps高速以大网通讯接口连接至工控主机网卡。

工控主机安装有采集软件。通过采集软件的用户实现对主控板、信号调理采集单元控制。同时将采集数据波形在LCD上显示。

主控板采用12V DC输入，同时通过系统总线给信号采集单元供电。

下面结合附图对本发明所述的系统作进一步详细说明：

本发明所述的多通道声发射监测系统，具有四大部分：传感器、信号采集电路、工控主机、软件。信号采集电路部分主要由主控板、信号调理采集单元、不间断电源及保护电路组成。软件部分为配套数据采集软件和分析软件。工控主机提供网络RJ45接口、串口、配备大容量存储硬盘，并安装采集软件。传感器部分根据工程情况配套。

所述的主控板提供传感器驱动电路，1－12通道信号输入接口、自定义系统总线接口、网络输出接口、外部电源输入接口。单块主控板设6个总线接口，可挂载6个并行的信号调理采集单元。多块主控板可级联，达到扩展通道的目的。

所述的主控板采用FPGA主控芯片，千兆网络通讯芯片、高速传输通道AD数据，通过TCP/IP协议与工控主机通讯，并通过网络输出接口将信号调理采集单元采集的数据实时传输至工控主机。

所述的信号调理采集单元采用现场可编程门阵列Altera FPGA产品，40MHz时钟，16位AD,10Mbps高采样率，32M SRAM缓存。

所述的信号调理采集单元每个提供2通道信号采集，将传感器信号放大、滤波后AD转换，SRAM高速缓存，数据最终通过主控板单元系统总线传送至工控主机。

所述的不间断电源及保护电路：信号采集电路部分一般安装在机箱内，机箱常安装在隧道、矿井、廊道、地下厂房等监测现场，通过UPS保障临时停电等情况，同时提供漏电保护、短路保护、防雷保护等功能。

所述的工控主机：可满足网络通讯、大容量存储、实时显示处理多道采集数据；可在恶劣环境下全天候监测，可远程控制与数据传输。

所述的软件部分：1、提供设置传感器参数、通道参数、工程参数界面；2、实时采集数据、多种模式显示波形、存储声发射波形原始数据与事件数据至硬盘；3、声发射波形分析、显示、频谱分析等；4、提供多种声发射事件拾取控制参数与拾取算法；5、声发射参数分析、声发射源精确定位。

所述的传感器部分：传感器指标，直接影响采集到的数据真实度和数据处理结果。在声发射检测中，大多使用谐振式声发射传感器和宽带响应的声发射传感器。传感器厂商众多，系统在兼容各厂商传感器是提供了不同的驱动电路，驱动电压包括：24V、5V、0V等。

本发明的使用操作过程：

a、现场安装采集系统、工控主机；

b、现场安装布置声发射传感器；

c、按规定铺设电源电缆、通讯电缆、检波器电缆，连接检波器、采集系统、工控计算机，设置相关参数、现场调试；

d、现场数据采集；

e、数据分析。

Claims (8)

1.一种多通道声发射监测系统，包括传感器、信号采集电路、软件、工控主机，其特征在于：传感器接口接入信号采集电路部分的主控板；信号采集电路主要由主控板、信号调理采集单元、不间断电源及保护电路组成；工控主机提供网络RJ45接口、串口、配备大容量存储硬盘；软件为配套数据采集软件和分析软件，安装在工控主机上。

2.根据权利要求1所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的主控板提供传感器驱动电路，1－12通道信号输入接口、自定义系统总线接口、网络输出接口、外部电源输入接口。

3.根据权利要求1或2所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的主控板单块主控板设6个总线接口，可挂载6个并行的信号调理采集单元。

4.根据权利要求1或2所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的主控板多块主控板可级联。

5.根据权利要求1或2所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的主控板采用FPGA主控芯片，千兆网络通讯芯片、高速传输通道AD数据，通过网络输出接口将信号调理采集单元采集的数据实时传输至工控主机。

6.根据权利要求1所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的信号调理采集单元采用现场可编程门阵列Altera FPGA产品，40MHz时钟，16位AD,10Mbps高采样率，32M SRAM缓存。

7.根据权利要求1或6所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的信号调理采集单元每个提供2通道信号采集，将传感器信号放大、滤波后AD转换，SRAM高速缓存，数据最终通过主控板系统总线传送至工控主机。

8.根据权利要求1所述的多通道声发射监测系统，其特征在于：所述的传感器采用谐振式声发射传感器或宽带响应的声发射传感器。