基于PCI的声发射信号采集系统研究

发布时间：2020-06-27 10:40

【摘要】：随着直升机在各个领域的广泛应用,如何保障直升机的运行安全变得越来越重要。桨毂作为直升机旋翼的重要部件,结构复杂,长期承受着高强度的交变载荷,极易发生故障。对桨毂进行实时状态监测并进行故障预测,对于保障直升机的稳定可靠运行具有极其重大的意义。近年来,利用声发射检测技术对直升机动部件进行裂纹萌生及扩展的监测成为研究的热点之一,而信号采集是声发射检测技术应用的基础。本文基于对直升机桨毂中央件进行裂纹声发射检测研究的需要,设计了基于PCI接口的声发射信号采集系统。通过对采集系统需求的分析,设计了相应的硬件方案和软件方案,对方案的设计过程及实现方法进行了详细的阐述。声发射采集系统的硬件由传感器与前置放大器、声发射信号调理电路、模数转换电路、PCI接口电路和FPGA控制电路与控制逻辑五个部分组成,其中传感器与前置放大器采用声华的SR150M传感器与PAS型前置放大器,使用ADA4898-2搭建可变通带的滤波电路,使用ADG1439完成9种滤波通带的选择,利用ADS8422实现高达4MSPS采样速率下的16bit高精度采样,使用FPGA完成滤波通带的选择和数据采集的控制,并利用PCI9054通过DMA方式实现将采样数据向PC计算机进行传输。软件系统由PCI驱动、接口函数库和实现采集管理的相应程序组成,通过PCI总线完成A/D采样速率、滤波通带选择和DMA传输的控制,并在PC端实现了对采集的声发射数据进行保存、波形的绘制和声发射特征的提取与显示,具备了对声发射信号进行检测与分析的基本功能。最后,利用模拟声发射信号源对整个数据采集系统进行了调试与校准,并完成了在某钛合金材料上的断铅声发射信号的采集与处理,验证了系统的各项主要功能与性能。经最终的实验测试验证,整个系统实现了对两路声发射信号的数据采集,最高采样速率达到4MSPS,采样分辨率为16bit;同时可对振铃计数、幅度、能量、到达时间、持续时间等声发射特征进行快速提取,以及对采样的波形数据和特征参数进行实时的存储。为直升机桨毂中央件裂纹声发射检测的研究奠定了一定的基础。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP274.2;V267;V275.1
【图文】：

序列,离散采样,整数倍,模拟信号

以时间间隔 t进行采样，如图 2-1 所示，采样率即为1/ t，单位为 Sa/s，亦可写作 SPS。图2-1 模拟信号离散采样采样获得序列 X，如式(2-1)，当 t 为采样间隔 t的整数倍时，获得该采样时刻的采样值。X x (t ), t 0, t , 2 t ,3 t ,(2-1)将式(2-1)表示为集合形式则有：X {x (0), x ( t ), x( 2 t ), x (3 t ), }(2-2)数据采集分辨率是数模转换结果为 1bit 时所代表的电压量，体现了采样结果的精确度，如式(2-3)：2PPrNVR (2-3)式(2-3)中PPV 为满量程电压峰峰值，N 则是转换结果的位宽。采样需要经过：抽样、量化和编码三个过程，其中抽样是在抽样脉冲的作用下将模拟信号转换成时间离散、幅值连续信号的过程

撞击事件,声发射信号,采集设备,波形参数

件计数、幅度、能量、振铃计数、到达时间、持续时间、上升时间等，其中部分参数如图 2-4 所示。图2-4 声发射信号简化波形参数的定义（1）撞击事件和撞击事件计数：因声发射信号超过门限值，而使采集设备获

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