专利名称：抗噪声墙体空鼓听诊仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测装置，尤其是涉及一种抗噪声墙体空鼓听诊仪。
背景技术：
建筑墙体中空鼓的存在将造成墙面/饰面与主墙体的粘合失效，严重影响墙体整 体强度及地面装修、饰面施工的质量，导致渗漏，甚至造成墙面/饰面瓷砖的脱落。因此，墙 体空鼓的检测是建筑物质量检测与维护的重要环节。相对于人工敲击方法检测墙体空鼓 存在的主观随意性大、准确率低等问题，通过激励墙体结构振动激发的声信号进行空鼓检 测的声无损检测方法提供了一种方便、简单的空鼓自动检测手段。如本申请人在公开号为 CN101246146的发明专利申请提供一种便携式墙体空鼓自动检测仪采用电磁铁驱动的钢球 以敲击的形式激励墙体结构的振动。本申请人在公开号为CN101246145的发明专利申请提 供一种便携式墙体空鼓自动检测仪则采用滑动摩擦的形式激发振动，但由于在进行建筑检 测的现场，往往各类施工机械、交通工具、人声等背景噪声严重，对钢球敲击和滑动摩擦激 发的振动声信号进行检测容易受到背景噪声中类似的脉冲、持续噪声的干扰，从而使空鼓 的检测性能受到很大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确性较高、结构简单、使用方便、成本较低的抗噪声 墙体空鼓听诊仪。 本发明设有声频换能器、D/A转换器、麦克风、A/D转换器、微处理器、输入装置和 报警电路。声频换能器的输入端接D/A转换器的输出端，D/A转换器的输入端接微处理器 的输出端口，麦克风的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接微处理器的输 入端口 ，输入装置的输出端接微处理器的输入端口 ，微处理器的输出端口接报警电路。
所述声频换能器可采用稀土材料大磁致伸縮声频换能器(简称G匪声频换能器)， 频响范围为220 12000Hz。该换能器可以把音频信号转化为音频机械振动激励输出给振 动介质。大磁致伸縮材料声频换能器的工作过程和普通的扬声器不同。在大磁致伸縮声频 换能器中，设有感应线圈和放在感应线圈中的大磁致伸縮棒，大磁致伸縮棒的一端被固定， 大磁致伸縮棒的另一端被弹簧托住，被弹簧托住的大磁致伸縮棒的另一端是声频换能器的 辐射面。磁致伸縮换能器的工作原理为在大磁致伸縮棒周围绕以感应线圈，感应线圈在电 流脉冲作用下产生交变磁场，大磁致伸縮棒在交变磁作用下产生长度的变化，当感应线圈 中所通交变电流以一定的规律变化时，大磁致伸縮棒的长度也随之满足一定规律变化。通 过对声频换能器的信号输入控制，就可以控制伸縮棒振动的频率以及幅度。
所述报警电路可采用LED报警电路。 本发明进行抗噪声空鼓检测的原理是利用声频换能器以线性调频信号对墙体进 行激励，墙体空鼓的存在将改变激励信号的传播方式对健康墙体，激励信号能量绝大部分 转化为从墙体反射的信号；对空鼓墙体，墙体空鼓表层部分的弯曲模式振动被激励，绝大部分激励信号能量转化为空鼓墙体的弯曲模式振动，并在空鼓腔体内多次反射形成严重的混 响现象。因此，本发明通过麦克风采集激励信号激发的声信号并与发射的线性调频信号进 行拷贝相关处理，从健康墙体反射的振动信号将具有尖锐的相关峰；而由于多次反射形成 混响，空鼓墙体弯曲振动信号将会导致多个连续分布的相关峰。本发明根据获取的拷贝相 关曲线相关峰的分布模式来判断墙体是否存在空鼓。 本发明使用了一种稀土大磁致伸縮材料(简称G匪)声频换能器，其频响范围为 220 12000Hz，能够将输入的电流脉冲转化为机械声波。磁致伸縮换能器工作原理为在 周围绕以感应线圈，感应线圈在电流脉冲作用下产生交变磁场，大磁致伸縮棒在交变磁作 用下产生长度的变化，当线圈中所通交变电流以一定的规律变化时，大磁致伸縮棒的长度 也随之满足一定规律变化。通过对声频换能器的信号输入控制，就可以控制伸縮棒振动的 频率以及幅度。G匪声频换能器的磁致伸縮前端连接辐射面，将辐射面与墙体良好耦合。以 便于在激励电信号作用下，换能器辐射面的机械波能够充分对受测墙体进行激励。
本发明具有以下突出的优点 1)本发明利用声频换能器以线性调频信号激励墙体，并利用相关检测原理进行空
鼓的抗噪声自动检测，无需依赖操作者的主观判断。 2)结构简单、成本低。 3)听诊式检测，使用方便、可靠。 4)具有很好的抗噪声性能，可抗强背景噪声。 至今未见国内外有相同或相似工作原理的抗噪声空鼓听诊仪器的报道。
图1为本发明实施例的结构组成框图。 图2为本发明实施例的声频换能器内部结构示意图。 图3为本发明实施例的系统音频输出输入接口电路组成原理图。 图4为本发明实施例的系统按键、LED报警输出接口电路图。 图5为正常及空鼓墙体的时域波形和相关分析图。在图5中，(a)为空鼓信号波形 图，(b)为空鼓信号相关分析图，(c)为正常墙体波形图，(d)为正常墙体信号相关分析图； 横坐标为时间t/ms，纵坐标为归一化幅度值。
图6为本发明实施例的系统软件框图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明实施例设有声频换能器1、D/A转换器2、麦克风3、A/D转换器 4、微处理器5、输入装置6和报警电路7。声频换能器1的输入端接D/A转换器2的输出 端，D/A转换器2的输入端接微处理器5的输出端口，麦克风5的输出端接A/D转换器4的 输入端，A/D转换器4的输出端接微处理器5的输入端口 ，输入装置6的输出端接微处理器 5的输入端口，微处理器5的输出端口接报警电路7。输入装置6可采用键盘。所述报警电 路器可采用LED报警电路。 参见图2，所述声频换能器可采用甘肃天星稀土功能材料有限公司生产的B9稀土 材料大磁致伸縮声频换能器(简称G匪声频换能器)，频响范围为220 12000Hz。该换能器可以把音频信号转化为音频机械振动激励输出给振动介质。大磁致伸縮材料声频换能器 的工作过程和普通的扬声器不同。在大磁致伸縮声频换能器中，设有感应线圈ll和放在感 应线圈11中的大磁致伸縮棒12，大磁致伸縮棒12的一端被固定，大磁致伸縮棒12的另一 端被弹簧(在图2中未画出)托住，被弹簧托住的大磁致伸縮棒12的另一端是声频换能器 的辐射面13。磁致伸縮换能器的工作原理为在大磁致伸縮棒12周围绕以感应线圈11，感 应线圈ll在电流脉冲作用下产生交变磁场，大磁致伸縮棒12在交变磁作用下产生长度的 变化，当感应线圈11中所通交变电流以一定的规律变化时，大磁致伸縮棒12的长度也随之 满足一定规律变化。通过对声频换能器的信号输入控制，就可以控制伸縮棒12振动的频率 以及幅度。 声频换能器的大磁致伸縮棒12前端连接辐射面13，将辐射面13与墙体A(参见图 1)良好耦合，以便于在激励电信号作用下，声频换能器辐射面13的机械波能够充分对受测 墙体A进行激励。 麦克风可采用SG0FM6022P-C型全向型振膜式驻极体麦克风，相关性能数据如下 指向性全向； 阻抗低阻； 电流消耗Max 500mA《0. 5mA ; 工作电压1. 5 10V ; 灵敏度变化电压变化1. 5V在3dB以内； 信噪化^54dB。 本发明的信号处理部分(包括D/A转换器和A/D转换器等)借助线性调频信号的 尖锐相关特性，采用实现方便的拷贝相关处理进行声信号的抗噪声特征提取，检测相关曲 线中相关峰的分布程度，具体工作原理为微处理器产生线性调频信号送入D/A转换器用 于驱动声频换能器激励墙体，麦克风接收到的振动声信号经过A/D转换器数据采集后进入 微处理器进行拷贝相关处理(与线性调频发射信号)，微处理器对相关曲线的相关峰进行 分布程度检测，根据检测结果判断是否存在空鼓并通过LED输出检测结果。
实施例硬件平台采用广州友善之臂计算机有限公司生产的mini2440开发板，该 板采用Samsung S3C2440为微处理器，支持WindowsCE. net 5. 0版本。该平台核心板包括 S3C2440A微处理器、64M SDRAM、64M闪存以及实现音频输出输入、10接口的扩展接口 。开 发板采用菲利普公司的UDA1341音频编解码芯片实现音频信号输出输入，其中音频输出接 口接声频换能器信号输入端用于输出激励信号、开发板音频输入接口接麦克风用于振动信 号前置处理及模数转换采集。 图3给出本发明实施例的系统音频输出输入接口电路组成原理图。具体方法是 通过将UDA1341的I2S接口的4个脚(WS， BCK， DATAI， DATAO)与S3C2440的I2S总线脚 (IISLRCLK， IISCLK， IISDI， IISDO)直接相连，用来传输音频数据流；将S3C2440的CDCLK时 钟线与UDA1341的SYSCLK脚连接，用来为音频码流提供同步时钟；将UDA1341的L3总线脚 (L3M0DE，L3CL0CK，L3DATA)与S3C2440的L3总线脚(L3M0DE，L3CL0CK，L3DATA)连接，通过 软件就可写入或读出UDS1341芯片的控制或状态信息。 同时，S3C2440处理器的通用输出输入口 GPIO的GPGO端口接入按键用于控制检 测开始，GPGO在开发板上由CONl. l(开发板CONl接线口端口第一脚)引出。S3C2440处理器的GPIO 口也直接与接红、绿LED连接用于显示墙体检测结果，其中GPG3连接红LED灯 LED1，GPG3在开发板上由C0N1.2(开发板C0N1接线口端口第2脚)引出;GPG5连接绿LED 灯LED2， GPG5在开发板上由C0N1.3(开发板C0N1接线口端口第3脚)弓|出。系统按键、 LED报警输出的接口电路如图4所示(在图4中，标记K为开关)。 本发明采用的声频换能器激励信号为线性调频信号。当声频换能器作用于正常墙 体时，此时墙体表面的弯曲振动无法被激发，因此，声频换能器辐射面的振动能量不能渗透 到墙体内部，此时麦克风采集到的声信号实际为墙体反射的振动声波(如图5(c)所示)，对 接收信号做拷贝相关可得到尖锐的相关峰(如图5(d)所示)；当声频换能器作用于有空鼓 墙体时，由于空鼓的存在换能器激励信号激发墙体表面部分的弯曲模式振动，弯曲振动发 出的声音在空鼓腔内多次反射形成混响，此时麦克风采集到的声信号是经过空鼓腔内多次 无规迭加之后形成的声信号(如图5(a)所示)，由于线性调频信号极高的时间分辨率，对接 收信号做拷贝相关后可得到反映了多次反射过程的相关峰群(如图5(b)所示)。因此，借 助接收信号的拷贝相关曲线可以好地检测墙体空鼓是否存在。同时，由于相关运算具有很 高的抗噪声性能，本处理方法可工作于较强的背景噪声条件下。 系统的工作过程为首先进行初始化，包括生成发射用的线性调频信号并存入数 组s(i)(采用的线性调频信号频率范围为2 6kHz，脉冲宽度10ms，采样率22. 05kHz)、设 置UDA1341音频编解码芯片的音频输出、输入参数(采样率22.05kHz，采样位数16bit);
然后系统进入等待按键状态， 一旦检测到按键就开始进入检测过程，把线性调频 信号s(i)送入开发板音频发射端口用于输出声频换能器激励信号，同时启动开发板音频 输入口开始通过麦克风采集20ms信号，采集得到的信号存入数组r (i)后程序进入信号处 理部分，利用发射信号s(i)和r(i)进行相关运算，获取相关曲线并进行归一化处理后存入 数组R(i); 在程序的识别部分，程序通过对相关曲线数组R(i)进行最大值搜索获取主相关
峰峰值A。及峰值点时刻1。，获取了主相关峰信息后程序统计峰值点时刻1。后5ms范围内大
于O. 75A。的相关副峰个数M，程序利用M来衡量前面分析的相关曲线相关峰分布情况如果
M> 3则判别为空鼓信号，程序通过端口控制LED红灯亮3s ;如果M〈 3则判别为正常墙体
信号，程序通过端口控制LED绿灯亮3s。 LED灯显示检测结果后程序重新进入等待按键状
态等待下一次操作。 系统软件框图如图6所示。
权利要求
抗噪声墙体空鼓听诊仪，其特征在于设有声频换能器、D/A转换器、麦克风、A/D转换器、微处理器、输入装置和报警电路。声频换能器的输入端接D/A转换器的输出端，D/A转换器的输入端接微处理器的输出端口，麦克风的输出端接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端接微处理器的输入端口，输入装置的输出端接微处理器的输入端口，微处理器的输出端口接报警电路。
2. 如权利要求1所述的抗噪声墙体空鼓听诊仪，其特征在于所述声频换能器采用稀土 材料大磁致伸縮声频换能器。
3. 如权利要求1所述的抗噪声墙体空鼓听诊仪，其特征在于所述报警电路为LED报警 电路。
全文摘要
抗噪声墙体空鼓听诊仪，涉及一种检测装置。提供一种准确性较高、结构简单、使用方便、成本较低的抗噪声墙体空鼓听诊仪。设有声频换能器、D/A转换器、麦克风、A/D转换器、微处理器、输入装置和报警电路。声频换能器输入端接D/A转换器输出端，D/A转换器输入端接微处理器输出端口，麦克风输出端接A/D转换器输入端，A/D转换器输出端接微处理器输入端口，输入装置输出端接微处理器输入端口，微处理器输出端口接报警电路。利用声频换能器以线性调频信号激励墙体，并利用相关检测原理进行空鼓的抗噪声自动检测，无需依赖操作者的主观判断。结构简单、成本低。听诊式检测，使用方便、可靠。具有很好的抗噪声性能，可抗强背景噪声。
文档编号G01N29/36GK101776647SQ20091011313
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者周胜勇, 王德详, 童峰, 许肖梅 申请人:厦门大学