【摘 要】
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磁声发射信号对铁磁性材料内部结构及应力状态非常敏感,在早期疲劳状态检测中具有巨大潜力,可被用来检测材料应力、塑性变形、热处理后材料组织结构等。本论文在考察国内外磁声发射信号检测研究基础上自主研制了磁声发射信号高速数据采集系统,以满足磁声发射信号高速采集应用。本论文基于磁声发射原理,设计和制作一套磁声发射检测系统,该系统由交流磁场激励部分、磁声发射信号采集与处理部分和相应的测试软件组成。系统交流磁场
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磁声发射信号对铁磁性材料内部结构及应力状态非常敏感,在早期疲劳状态检测中具有巨大潜力,可被用来检测材料应力、塑性变形、热处理后材料组织结构等。本论文在考察国内外磁声发射信号检测研究基础上自主研制了磁声发射信号高速数据采集系统,以满足磁声发射信号高速采集应用。本论文基于磁声发射原理,设计和制作一套磁声发射检测系统,该系统由交流磁场激励部分、磁声发射信号采集与处理部分和相应的测试软件组成。系统交流磁场激励由ATG-304型功率信号源和激励线圈构成,磁声发射信号接收选用北京声华公司的SR150M声发射传感器及配套的信号放大器,信号A/D采样选用AD9226芯片,数据采集及处理选用So C-FPGA芯片,设计包含同步信号的两通道的数据采集,系统技术指标:交流激励频率0.1Hz～50Hz,交流激励电流0.5m A～20m A,对应的交流激励磁场强度2.5A/m～100A/m;信号增益可调范围0d B～80d B;采样率100Hz～65MHz可调,采样精度12位。系统磁声发射信号处理部分利用Qsys和So C EDS软件进行设计,完成高速模数转换、数据缓存、FIR滤波、FFT频谱分析、TFT屏幕操作界面GUI界面等模块设计;测试软件通过Lab VIEW和MATLAB编写上位机程序,利用UART串口与So C FPGA平台进行数据通信,可实现信号存储以及数据分析验证。系统硬件和软件分模块测试结果表明,励磁频率为10Hz,交流激励电压为15Vpp时,交流激励电流为14.5m A,磁化器磁场强度为72.5A/m;前置放大器系统增益为60d B时MAE信噪比最高;数据采集及时钟频率误差小于1%;数字滤波可以滤除信号中的高频率噪声;系统铁磁性材料纯铁片应力加载过程测试,验证了MAE信号强度随应力大小变化关系,符合系统设计技术指标,证明了系统可靠性。本文研究的基于So C-FPGA的磁声发射信号高速数据采集系统可以实时高速采集MAE信号,检测效果良好,具有实际工程应用潜力,有利于推动MAE检测系统的便捷式应用,符合设计初衷。
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