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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 數(shù)字超聲波混凝土預(yù)制板無(wú)損檢測(cè)儀
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本檢測(cè)儀采用 DSP處理器(TMS320F2812)為核心，通過(guò)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(duì)預(yù)制板的性能做出整體評(píng)價(jià)。它采用無(wú)損檢測(cè)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(chǔ)、數(shù)據(jù)通信等功能融為一體，并通過(guò)LCD液晶屏將分析結(jié)果顯示出來(lái)，可同時(shí)利用上位機(jī)對(duì)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 1、該檢測(cè)儀通過(guò)聲壓衰減與強(qiáng)度（密度）轉(zhuǎn)換算法，實(shí)現(xiàn)了混凝土預(yù)制板的強(qiáng)度檢測(cè)； 2、信號(hào)采集分析軟件，應(yīng)用頻譜分析方法直接檢測(cè)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(cè)結(jié)果； 3、該檢測(cè)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(diǎn)，采用數(shù)字可調(diào)脈沖串激勵(lì)方式，不僅提高了振幅，而且得到了較高的檢測(cè)分辨力和頻率選擇精度； 4、該無(wú)損檢測(cè)儀內(nèi)嵌DSP數(shù)字處理器，通過(guò)算法控制，對(duì)不同的波形自動(dòng)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(hào)由DSP發(fā)出，經(jīng)發(fā)射電路驅(qū)動(dòng)換能器使之振動(dòng)，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(duì)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(hào)送入DSP。信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP的分析處理，再由液晶顯示器顯示出來(lái)，并將結(jié)果保存。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、該檢測(cè)儀通過(guò)聲壓衰減與強(qiáng)度（密度）轉(zhuǎn)換算法，實(shí)現(xiàn)了混凝土預(yù)制板的強(qiáng)度檢測(cè)；2、信號(hào)采集分析軟件，應(yīng)用頻譜分析方法直接檢測(cè)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(cè)結(jié)果；3、該檢測(cè)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(diǎn)，采用數(shù)字可調(diào)脈沖串激勵(lì)方式，不僅提高了振幅，而且得到了較高的檢測(cè)分辨力和頻率選擇精度；4、該無(wú)損檢測(cè)儀內(nèi)嵌DSP數(shù)字處理器，通過(guò)算法控制，對(duì)不同的波形自動(dòng)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(jì)：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(shí)將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)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(duì)比，得出全面系統(tǒng)診斷；③硬件設(shè)計(jì)：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(cè)主要用于檢測(cè)內(nèi)部缺陷，并不能直接檢測(cè)出材料的強(qiáng)度。這對(duì)非金屬材料的檢測(cè)是不全面的。該檢測(cè)儀通過(guò)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(lì)一般采用連續(xù)波或單脈沖激勵(lì)，但難以獲得高功率，且檢測(cè)軸向分辨力低。該儀器結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，可發(fā)射出可調(diào)的脈沖串激勵(lì)，即能夠獲得相對(duì)較高幅度的激勵(lì)和檢測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)中還未得到有效解決。該儀器改進(jìn)了檢測(cè)方法，它并不僅僅使用對(duì)測(cè)或平測(cè)方式，而是可以根據(jù)混凝土預(yù)制板的實(shí)際形狀，選擇多種方式進(jìn)行檢測(cè)，也能使之在多種現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，提高了實(shí)際可操作性。
獲獎(jiǎng)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(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)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(guò)處理后把數(shù)據(jù)輸出和保存，直接以LCD顯示屏顯示出來(lái)，同時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)USB與上位機(jī)通信，通過(guò)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(cè)與評(píng)價(jià)正處在研究熱點(diǎn), 國(guó)外發(fā)展較快且水平高, 而國(guó)內(nèi)進(jìn)展不大。因此鑒于超聲檢測(cè)技術(shù)的新動(dòng)向、新進(jìn)展, 立足國(guó)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備狀況及材料檢測(cè)規(guī)范要求, 進(jìn)一步研究非金屬材料的超聲檢測(cè)新手法與評(píng)價(jià)手段, 提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性,開發(fā)超聲儀的應(yīng)用市場(chǎng), 該項(xiàng)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(shí)際推廣價(jià)值。 市場(chǎng)分析： 該儀器集大部分功能于DSP，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，更便于攜帶。檢測(cè)人員不需要具備專業(yè)的檢測(cè)知識(shí)就可以進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，極大的提高了產(chǎn)品的利用率?，F(xiàn)在探測(cè)非金屬技術(shù)還不成熟，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間，數(shù)字無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已成為檢測(cè)設(shè)備發(fā)展的主要趨勢(shì)，因此，該檢測(cè)儀會(huì)有更為廣闊的市場(chǎng)。
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(chǔ)時(shí)間、水泥品質(zhì)等因素的影響，其質(zhì)量檢測(cè)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(cè)以往只是應(yīng)用在醫(yī)療和金屬探測(cè)等方面，而混凝土預(yù)制板超聲檢測(cè)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(cè)儀，例如中國(guó)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(cè)儀陸續(xù)開發(fā)出來(lái)，再到90年代中期以來(lái)，大規(guī)模集成電路和計(jì)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(dòng)讀測(cè)和儲(chǔ)存參數(shù)并分析功能，自動(dòng)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(cè)的主流設(shè)備。但是，目前混凝土預(yù)制板的檢測(cè)主要是缺陷分析與檢測(cè)，直接應(yīng)用于強(qiáng)度檢測(cè)的設(shè)備并未見報(bào)導(dǎo)。 在混凝土預(yù)制板檢測(cè)中，主要是檢測(cè)混凝土預(yù)制板強(qiáng)度和缺陷兩項(xiàng)指標(biāo)，而這兩項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)都需要超聲波的傳播時(shí)間這一重要參數(shù)?，F(xiàn)有的三種激勵(lì)方式分別為：連續(xù)波激勵(lì)、單脈沖激勵(lì)和脈沖串激勵(lì)，而連續(xù)波激勵(lì)不容易得出聲波發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間，單脈沖激勵(lì)由于本身很寬的頻率范圍，不便清晰得到波形的參考點(diǎn)?，F(xiàn)在的新技術(shù)是采用可調(diào)脈沖串激勵(lì)超聲波探頭來(lái)發(fā)射超聲波，結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，既有較清晰的參考點(diǎn)，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(wú)損檢測(cè)儀的主要發(fā)展方向。
