基于FPGA的无线声发射桥梁结构健康检测仪设计

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在交通系统中,桥梁是很重要的一个环节,随着我国交通系统的不断完善,桥梁安全也越来越重要,现代桥梁设计的使用时间一般都是在几十年以上,长时间的暴露在恶劣环境中,经过侵蚀,使得材料老化,再加上过度使用,地质灾害等其它因素,使得桥梁结构系统不同程度上受到损伤,导致其抗外力减弱,严重情况下可以导致桥梁崩塌,更甚者导致重大伤亡事故,由此可知,桥梁结构健康检测显得十分重要。较传统的无损检测不同,一种新的无损检测被提出,它是一种被动检测方式,不需要外加激励源,被检测的信号来源于被测实体本身,能够对材料进行动态缺陷检测,通过采集材料的随机特征信号,并提取特征值,从而分析桥梁的损伤。因此对声发射信号采集就显得尤为重要,基于此本文设计了一套基于FPGA、可用于桥梁结构健康检测的无线声发射检测仪。该检测仪具备高采样率,多通道,无线传输等特色。本文采用Altera公司研发的CycloneIV系列的FPGA器件作为无线声发射检测仪的核心控制器,通过高速AD模块对随机特征信号进行采集,经过FPGA对相关数据进行排序处理后将数据有序的缓存于SD卡中,接着,再把采集并存储在SD卡中的数据经FPGA控制并由无线串口发送至PC端上位机进行显示与存储。本文首先介绍了系统的总体设计方案,并确定信号的采集通道数为四通道;接着介绍系统各硬件模块电路的设计,给出了具体的硬件电路,其中包括供电电源、FPGA控制器、AD采集电路及电压转换电路、SD存储电路、小信号前置放大器电路、无线串口模块;然后对FPGA程序和虚拟仪器LabVIEW软件设计进行介绍,利用硬件描述语言Verilog HDL完成FPGA软件设计,实现的功能主要有:对4路AD采集的控制,阈值的设定,信号的存储和上位机通讯;最后在搭建的硬件试验平台上结合软件对系统进行联合测试,并分别进行了模拟单通道数据采集实验与4通道声发射同步信号采集实验,最后得出该声发射检测仪可适用于桥梁结构健康检测。
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