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数字式AE采集系统的设计与研究 尹作友梁家惠 (锦州师范学院锦州121000) 擒要本文从声发射(AE)特征参数的概念出发，对数字式声发射(AE)采集系统构成及构成采集系统 的采集板的设计进行了研究．在设计中使用了FPGA(Field Gate ProgrammbleArmy)技术，提出了新的 设计思想和方法。 关■词声发射数据采集AE特征参数FPGA 1前 言 声发射检测的仪器研究发展始于50年代末、60年代初，它几乎是和声发射技术本身的发展同 步进行的。作为一项无损检测新技术。它的主要特点在于能够检测到那些在受载过程中的活动缺 陷，尤其对面型缺陷如：未溶合、未焊透及裂纹等缺陷等十分敏感。因此，与常规无损检测方法相 比．其检测的速度快，检出的缺陷危险性大。由于声发射技术的这一特点，世界上许多国家在确保 压力容器安全方面及其它无损检测方面都积极地开展声发射检测技术的研究工作。 目前世界上各个厂家生产的声发射仪主要存在两种模式，一种是模拟式声发射仪，另一种是数 字式声发射仪。两种模式的声发射仪区别在于实现最终声发射参数上的不同，前者在声发射参数 的实现上是通过模拟电路输出模拟参量，然后通过后续电路的A／D转换和计数器转换成效宇参 量．提取声发射信号的参数；而后者声发射参数的实现是对前端来的声发射信号直接经A／D转换 器转换成数字信号。利用高速DSP芯片或硬件数字电路及软件技术计算得到的，数字式声发射仪 在性能上优于模拟式声发射仪。 我国的声发射仪器的研制始于70年代后期，20多年来已有了很大的进展。但我国生产的声发 射仪在声发射信号的处理速度、通道数实时性。特别是可靠性方面的限制影响了其应甩范围，而在 数字式声发射仪方面的研究则还是空白，与国际水平还有较大的差距。本文提出一种新的设计思 想和方法。 2 AE特征参数 声发射通常是作为一种随机现象来研究的， 对它的描述、特征提取和仪器组成也是从相似领 域(例如地震、核电子学等)借用过来的。声发射日晰发 信号带宽处于十几赫兹到几兆赫兹的广阔频宽， 噪声影响很大，需要分析处理的信息量非常多。 图1声发射特征参数 1—59 目前采用的特征参数(图1)主要有：事件发生时间、上升(前沿)时间、(振铃)计数、事件或撞击、幅 度、能量、有效值或对数有效值和持续时间等。声发射事件从物理本质上讲应该是AE的一次源活 动(突发性声发射过程)的过程。事件是指当有一次源活动时，产生的声发射信号从第一次越过门 槛值的振铃信号时刻起，在规定的时间内，如果没有新的越过门槛值的振铃信号产生，那么就说明 一次源活动结束．这个过程就称为一个事件，对检测系统而言，常用AE传感器受到一次冲击(Hit) 来表示。仪器把放大后的传感器信号用门槛触发、事件限制时间或包络提取等电路来进行处理，提 取声发射信号的特征参数。 3 AE采集系统的组成 3．1系统组成 采集系统在标准的PC微机系统的基础上，由多个各自独立的采集板插入微机的扩展槽内构 成。每个采集板由两个 声发射信号采集通道组 成，两个通道的数据采 集、数据处理方式相同， 管理工作都由一个c一 51单片机来完成。根 据实际工作的需要采集 系统可以任意扩展通道 数，如果扩展的采集板 在一个主机箱内放不 下，可采用增加扩展箱 的方式，每个扩展箱可 以增加10个采集板．理 围2采集系统框图 论极限可以扩展256个 通道。采集系统的组成如图2。 3．2系统工作原理 系统启动：上位机(PC兼容机)发出初始化信号。每个采集板上的下位机(c一51)接收到初始 化信号，对各个采集板进行自检，自检完成后，下位机对采集板进行清零(累加器、触发器等)，然后 根据上位机提供的有关参数(固定门槛值、事件定义时间、峰值定义时间、事件禁止时间)，设置