基于压电加速度传感器的木材空洞缺陷检测系统

1.本实用新型涉及一种木材空洞缺陷检测系统。


背景技术：

2.常见的木材缺陷检测技术是通过敲击木材上的传感器采集应力波信号，并对应力波信号进行分析和处理从而实现木材内部图像缺陷的还原。但常用的木材无损检测装置由于采集到的应力波信号的不够稳定，因此处理后得到的木材缺陷的图像精度往往不能达到理想效果。


技术实现要素：

3.针对现有木材无损检测装置存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于压电加速度传感器的木材空洞缺陷检测系统。该系统能够提升采集的应力波信号的精确度，通过提升采集信号的准确度，从而提升木材内部缺陷重建的精度。本实用新型用于木材空洞缺陷的无损检测，具有检测精度高、操作简单、重建图像效果好的特点，并且成本低、容易实现。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
5.一种基于压电加速度传感器的木材空洞缺陷检测系统，包括压电加速度传感器、数据采集卡、pc机，其中：
6.所述压电加速度传感器与数据采集卡相连，数据采集卡与pc机相连；
7.所述压电加速度传感器将应力波信号传递给数据采集卡；
8.所述数据采集卡将采集到的应力波信号发送到pc机；
9.所述pc机对应力波信号进行时域处理和分析，并对木材内部空洞缺陷区域以及非缺陷区域实现二维及三维的图像重现。
10.相比于现有技术，本实用新型具有如下优点：
11.1、本实用新型提升了现有木材缺陷检测系统对于应力波信号采集的精确度，为后期缺陷图像重建打下良好基础。
12.2、本实用新型的结构简单，生产制造简单，容易复现，成本低廉，携带方便。
13.3、本实用新型的操作简单，无须专业知识即可操作；安全性、可靠性高。
14.4、与传统的木材空洞缺陷检测装置相比，本实用新型的加速度传感器的输出阻抗减小了几百万倍，抗干扰能力等综合指标大大增强，并且它的电缆电阻、接线电阻及电阻随温度等环境因素的变化都不会对信号造成任何影响，传感器使高、低频特性和稳定性得到突破性改善。
附图说明
15.图1是压电加速度传感器的原理框图。
16.图2是图1的内部结构框图。
17.图3是木材空洞缺陷检测系统的连接图，a1
‑
a6代表传感器探头。
具体实施方式
18.下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。
19.本实用新型提供了一种基于压电加速度传感器的木材空洞缺陷检测系统，如图3所示，所述木材空洞缺陷检测系统包括压电加速度传感器、数据采集卡、pc机，其中：
20.所述压电加速度传感器与数据采集卡相连，数据采集卡与pc机相连；
21.所述压电加速度传感器的数量为6个，6个压电加速度传感器均匀固定在测试位置的同一平面上；
22.所述压电加速度传感器将应力波信号传递给数据采集卡；
23.所述数据采集卡将采集到的应力波信号发送到pc机；
24.所述pc机对应力波信号进行时域处理和分析，并在labview虚拟仪器平台上对木材内部空洞缺陷区域以及非缺陷区域实现二维及三维的图像重现。
25.如图3所示，木材空洞缺陷检测系统的具体使用方法如下：
26.用钢锤依次敲击安装在木材上的压电加速度传感器探头a1~a6，压电加速度传感器产生电荷信号，电荷放大器与数据采集模块之间通过bnc接口实现无缝连接，数据采集模块将接收到的模拟量电压信号处理后转换成16比特数字信号通过网口输出到pc机，最后pc机调用labview模块进行分析处理，测得应力波的传播时间和速度，从而实现木材空洞缺陷的图像重建。
27.本实用新型中，压电加速度传感器为图1所示的a/q转换单元，它的功能是将加速度a按一定规律转换为电荷q，完成机电信息转换。q/v变换单元与传感器电荷信号相连，将传感器的电荷信号q变换为电压信号v，同时将高输入阻抗转换为低输出阻抗，v/i变换单元将电压信号变换为电流信号，同时将传感器高频特性进行补偿，并提高了高频信号的信噪比。电流放大单元将v/i单元输出的电流进一步放大，同时设置直流零点，完成信号变换的最后过程。图2为单轴向剪切式压电加速度传感器的内部结构。
28.本实用新型中，压电加速度传感器包括传感器本体，传感器本体包括传感器机身和传感器探头，传感器探头将应力波信号传递给传感器机身，传感器机身将应力波信号传递给数据采集卡，数据采集卡将信号传递给pc机，并由pc机上的labview平台对应力波信号进行分析、处理和缺陷图像重建。
29.本实用新型中，压电加速度传感器安装的基本原则是将传感器牢固地安装在被测点上，防止传感器因振动太大而跳动或脱落，因此采取用螺栓安装的方式固定传感器，传感器底座中心有一个螺纹安装孔，配合带有金属安装螺栓的传感器，将传感器与被测木材进行连接。
30.本实用新型中，传感器机身内装集成电路，该集成电路不是简单地将电荷放大器放入传感器内部，而是与传感器的个性化指标全面配合，达到以下效果：a、低频特性补偿，展宽传感器低频下线频率和提高传感器的低频稳定性。b、高频特性补偿，展宽传感器高频上线频率和提高传感器的信噪比。c、对同型号传感器做归一化处理，使得传感器的个性化
特征在一定范围内统一，增加传感器的互换性。d、提升整体的抗干扰能力。
31.应用实例：
32.利用上述基于压电加速度传感器的木材空洞缺陷检测系统进行木材空洞缺陷检测，检测结果如表1所示。
33.表1
34.