基于UDP的超声桩孔检测仪的信号采集系统设计与实现

发布时间：2020-10-25 08:26

　　 随着社会生产的发展,超声波及其应用技术发挥着越来越重要的作用,超声波基桩检测技术在我国基础建筑设施建设领域也得到了广泛的应用。针对目前市场上超声桩孔检测仪的传输信号较弱、信号采集数据较少、数据传输速度较小、成本较高等问题,采用硬件设计技术、嵌入式软件技术、TCP/IP技术等,结合时变增益控制算法,设计并实现了基于UDP的超声桩孔检测仪的信号采集系统。本文的主要内容如下:首先,本文研究了超声桩孔检测仪的检测原理和超声桩孔检测仪的系统组成,并对系统组成及其每个部分进行了简单阐述。本文设计了基于UDP的超声桩孔检测仪的信号采集系统的整体框架,并对两个子系统,超声波换能器驱动系统和超声波回波信号处理系统进行了总体设计介绍。其次,根据超声波换能器驱动系统的整体设计方案,本文设计并实现了超声波换能器驱动系统。对超声波换能器的工作原理和等效电路模型进行了简单分析,基于超声波换能器的工作原理设计了换能器的驱动电路,完成了超声波换能器驱动系统的软件设计,实现了高压脉冲的发射,从而驱动换能器产生了超声波。然后,基于超声波回波信号处理系统的整体设计方案,本文设计并实现了超声波回波信号处理系统,完成了超声波回波信号的接收电路,实现了对超声波回波信号的调理。设计了超声波回波信号处理系统的软件控制程序,制定了 UDP数据的传输格式,结合STM32和W5500构成有线传输网络,实现了超声波信号的采集与传输控制。并研究了时变增益控制算法,根据TVG校正方法得到本文的TVG函数和DAC输出函数。最后,对系统进行了测试和分析。网络通信、超声波信号、上位机显示等测试结果表明:网络连接稳定,可以实现下位机与上位机之间的通信,网络传输速度满足系统需求;超声波发射信号和接收信号稳定,噪声较小;上位机接收的数据完整准确,数据可以进行可视化处理,具有一定的现实意义和推广价值。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP274.2;TB517
【部分图文】：

（１）操作箱和上位机模块：操作箱主要用来控制电缆的收放，进而控制粧孔下??探测模块的升降。上位机主要负责控制整个设备，并对回波信号数据进行处理成像。??（２）多芯电缆：用于下放桩孔探测模块、为桩孔探测模块供电和传输信号。??（３）滑轮和支架：安装在粧孔的上方，用于支撑桩孔下探测模块，保证电缆在??收放过程中不扭转ｊ??（４）桩孔探测模块：包括收发一体换能器、控制电路、电机和罗盘，收发一体??能器主要负责超声波的发射和接收：控制电路负责发射高压脉冲以激励换能器发??超声波，并对回波信号进行采集传输；电机用来旋转ｆ下设备；罗盘负责采集方??信息。??其中，上位机控制软件和桩孔探测模块为整个探测仪的核心。上位机软件主要??为了配合超声波处理系统、单片机控制系统、步进电机控制系统等其它硬件系统，??保障顺利完成整个装置对成孔井下环境的测绘任务，实现了对井下每个设定高度的??孔径大小参数、转轮罗盘参数、波形剖面参数等信息的收集和处理，数据通信链路??管理，波形数据实时成像、实时存贮以及人机交互等功能。当测量设备将数据上??至ＰＣ端软件系统后，可以对正在执行检测任务的超声波测量设备进行实时的状??监控和查看，并且还能对成孔井下环境进行三维建模实时显示，以此全面控制检??

／ｐｙ＼硕士学位论文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?Ｔｆｌ！：ＳＩＳ??块即本文的信号采集系统。??２．２信号采集系统整体设计??如前所述，超声桩孔检测仪的桩孔探测模块是整个检测设备的核心之一，也就??是本文的信号采集系统。系统主要分为四大模块：电源模块、电机罗盘模块、换能??器驱动系统、回波信号处理系统。系统整体设计框图如图２．２所示。其中，电源模??块为整个设备以及各芯片提供工作电源。电机用来旋转井下设备，使超声波均匀向??四周发射；罗盘负责采集方位信息，用来矫正旋转角度。整个系统由单片机系统控??制，实现控制信号的发射、传输以及数据的采集上传的功能。??

频换能器［２８］。本文所采用的压电超声换能器工作在水下，因此它属于液体介质换能??器，而且波形的发射和接收采用同一个换能器，所以属于收发一体换能器。本文所??使用的换能器如图３．１所示。??ｉｆ％??，（丨，??图３．１收发一体换能器??３．１．１压电超声换能器的工作原理??压电超声换能器是由压电陶瓷材料制作而成，压电陶瓷是功能性陶瓷的一种，??也就是说其对光、电等物理量比较敏感的陶瓷。根据对施加到压电陶瓷的作用力的??不同，压电陶瓷产生的效应可以分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是在压??１０??
【参考文献】

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本文编号：2855701