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基本信息
- 項目名稱：
- 數(shù)字超聲波混凝土預(yù)制板無損檢測儀
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本檢測儀采用 DSP處理器(TMS320F2812)為核心，通過分析超聲波在混凝土預(yù)制板中傳播的聲速與聲壓衰減，從而對預(yù)制板的性能做出整體評價。它采用無損檢測技術(shù)，將發(fā)射控制、采集濾波、AD轉(zhuǎn)換、FFT運(yùn)算、分析、顯示控制、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)通信等功能融為一體，并通過LCD液晶屏將分析結(jié)果顯示出來，可同時利用上位機(jī)對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 1、該檢測儀通過聲壓衰減與強(qiáng)度（密度）轉(zhuǎn)換算法，實現(xiàn)了混凝土預(yù)制板的強(qiáng)度檢測； 2、信號采集分析軟件，應(yīng)用頻譜分析方法直接檢測混凝土預(yù)制板的缺陷，并可方便地在上位機(jī)上顯示其檢測結(jié)果； 3、該檢測儀的超聲波發(fā)射電路綜合了連續(xù)波和脈沖波的優(yōu)點，采用數(shù)字可調(diào)脈沖串激勵方式，不僅提高了振幅，而且得到了較高的檢測分辨力和頻率選擇精度； 4、該無損檢測儀內(nèi)嵌DSP數(shù)字處理器，通過算法控制，對不同的波形自動分析得出精確的結(jié)論，提高工作效率。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的和基本思路： 脈沖信號由DSP發(fā)出，經(jīng)發(fā)射電路驅(qū)動換能器使之振動，轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷馨l(fā)射出去。超聲波在混凝土中傳播，與之相對應(yīng)的接收換能器使聲能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。由于超聲波在介質(zhì)中傳播具有衰減性，使得接收到的能量比較微弱，需要放大和濾波，再由A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入DSP。信號經(jīng)過DSP的分析處理，再由液晶顯示器顯示出來，并將結(jié)果保存。 創(chuàng)新點： 1、該檢測儀通過聲壓衰減與強(qiáng)度（密度）轉(zhuǎn)換算法，實現(xiàn)了混凝土預(yù)制板的強(qiáng)度檢測；2、信號采集分析軟件，應(yīng)用頻譜分析方法直接檢測混凝土預(yù)制板的缺陷，并可方便地在上位機(jī)上顯示其檢測結(jié)果；3、該檢測儀的超聲波發(fā)射電路綜合了連續(xù)波和脈沖波的優(yōu)點，采用數(shù)字可調(diào)脈沖串激勵方式，不僅提高了振幅，而且得到了較高的檢測分辨力和頻率選擇精度；4、該無損檢測儀內(nèi)嵌DSP數(shù)字處理器，通過算法控制，對不同的波形自動分析得出精確的結(jié)論，提高工作效率。 技術(shù)關(guān)鍵： ①算法設(shè)計：FFT算法、密度算法、強(qiáng)度算法；②數(shù)據(jù)分析移植：DSP模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，同時將采集到的數(shù)據(jù)通過USB傳輸給上位機(jī)軟件系統(tǒng)，進(jìn)行多組數(shù)據(jù)分析對比，得出全面系統(tǒng)診斷；③硬件設(shè)計：發(fā)射與接收電路、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、AVR控制電路 主要技術(shù)指標(biāo)：1、發(fā)射頻率：50KHz；2、A/D分辨率：12位；3、A/D轉(zhuǎn)換率：3MHZ；4、電 源：AC:220V; DC:-5V,5V,50V；5、體 積：43cm*8cm*3cm
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、現(xiàn)有的超聲波混凝土檢測主要用于檢測內(nèi)部缺陷，并不能直接檢測出材料的強(qiáng)度。這對非金屬材料的檢測是不全面的。該檢測儀通過超聲聲壓衰減與材料密度和強(qiáng)度的關(guān)系研究，建立了聲壓衰減量與材料密度（強(qiáng)度）的關(guān)系，不僅可用于進(jìn)行材料的缺陷分析，也可直接得到材料的強(qiáng)度。 2、現(xiàn)有的發(fā)射端激勵一般采用連續(xù)波或單脈沖激勵，但難以獲得高功率，且檢測軸向分辨力低。該儀器結(jié)合二者優(yōu)點，可發(fā)射出可調(diào)的脈沖串激勵，即能夠獲得相對較高幅度的激勵和檢測軸分辨力，可使接收端有較高的頻率選擇精度。 3、超聲波在醫(yī)療和金屬探測儀器中技術(shù)早已熟，但由于混凝土預(yù)制板內(nèi)部的成分很復(fù)雜，對超聲波傳播狀況存在諸多不確定性因素，至今在混凝土預(yù)制板檢測中還未得到有效解決。該儀器改進(jìn)了檢測方法，它并不僅僅使用對測或平測方式，而是可以根據(jù)混凝土預(yù)制板的實際形狀，選擇多種方式進(jìn)行檢測，也能使之在多種現(xiàn)場進(jìn)行測量，提高了實際可操作性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年2月,榮獲我校第三屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可直接轉(zhuǎn)讓于生產(chǎn)企業(yè)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 首先，用特制的支架夾住混凝土預(yù)制板的兩面， 在探頭和預(yù)制板平面均涂上黃油。打開電源，用DSP發(fā)射脈沖串，經(jīng)過處理后把數(shù)據(jù)輸出和保存，直接以LCD顯示屏顯示出來，同時數(shù)據(jù)通過USB與上位機(jī)通信，通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 推廣前景： 目前非金屬材料及材料性能的超聲波檢測與評價正處在研究熱點, 國外發(fā)展較快且水平高, 而國內(nèi)進(jìn)展不大。因此鑒于超聲檢測技術(shù)的新動向、新進(jìn)展, 立足國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備狀況及材料檢測規(guī)范要求, 進(jìn)一步研究非金屬材料的超聲檢測新手法與評價手段, 提高檢測結(jié)果的可靠性,開發(fā)超聲儀的應(yīng)用市場, 該項研究符合當(dāng)前新型材料發(fā)展和工程應(yīng)用的需要, 且具有實際推廣價值。 市場分析： 該儀器集大部分功能于DSP，簡化了硬件結(jié)構(gòu)，更便于攜帶。檢測人員不需要具備專業(yè)的檢測知識就可以進(jìn)行無損檢測，極大的提高了產(chǎn)品的利用率。現(xiàn)在探測非金屬技術(shù)還不成熟，無損檢測技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間，數(shù)字無損檢測技術(shù)已成為檢測設(shè)備發(fā)展的主要趨勢，因此，該檢測儀會有更為廣闊的市場。
同類課題研究水平概述
- 混凝土預(yù)制板已成為當(dāng)今建筑材料中應(yīng)用最為廣泛的一種材料，由于其受施工、存儲時間、水泥品質(zhì)等因素的影響，其質(zhì)量檢測是不容忽視的。由于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其物理、力學(xué)性能變化范圍很大，超聲波在混凝土中的傳播狀況存在很多不確定性的因素，超聲波的檢測以往只是應(yīng)用在醫(yī)療和金屬探測等方面，而混凝土預(yù)制板超聲檢測儀至今還未得到有效解決。 早在20世紀(jì)50年代末到70年代初，就出現(xiàn)了第一代混凝土超聲檢測儀，例如中國的CTS-10電子管超聲波儀器，體積大，操作比較繁瑣，精度較低。到70年代末80年代中期以晶體管及小規(guī)模集成電路為主要元件的模擬式非金屬探測儀陸續(xù)開發(fā)出來，再到90年代中期以來，大規(guī)模集成電路和計算機(jī)的飛速發(fā)展，數(shù)字式智能化超聲波儀器相繼出現(xiàn)，它具有高速度采集、自動讀測和儲存參數(shù)并分析功能，自動化程度相當(dāng)高，應(yīng)用范圍廣，是目前應(yīng)用于混凝土檢測的主流設(shè)備。但是，目前混凝土預(yù)制板的檢測主要是缺陷分析與檢測，直接應(yīng)用于強(qiáng)度檢測的設(shè)備并未見報導(dǎo)。 在混凝土預(yù)制板檢測中，主要是檢測混凝土預(yù)制板強(qiáng)度和缺陷兩項指標(biāo)，而這兩項指標(biāo)的檢測都需要超聲波的傳播時間這一重要參數(shù)?，F(xiàn)有的三種激勵方式分別為：連續(xù)波激勵、單脈沖激勵和脈沖串激勵，而連續(xù)波激勵不容易得出聲波發(fā)射時間和接收時間，單脈沖激勵由于本身很寬的頻率范圍，不便清晰得到波形的參考點?，F(xiàn)在的新技術(shù)是采用可調(diào)脈沖串激勵超聲波探頭來發(fā)射超聲波，結(jié)合二者優(yōu)點，既有較清晰的參考點，又能較好的分辨探頭發(fā)射波與缺陷所激發(fā)的諧波。 綜上所述，數(shù)字化，智能化，輕便化將是數(shù)字超聲波混凝土預(yù)制板無損檢測儀的主要發(fā)展方向。
