一种基于激振声学的物体内部缺陷检测装置的制作方法

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种基于激振声学的物体内部缺陷检测装置。

背景技术：

激振声学检测法作为一个全新的缺陷检测方法，具有检测效率高、范围广、劳动强度低等优点，在电力、机械、建筑、制造业等行业均有巨大的潜力。传统的无损检测技术可用于检测和诊断产品缺陷，利用目视技术或通过扫描成像技术来寻找被测物体的缺陷。早在上世纪八十年代，激振声学检测法由俄罗斯科学家应用于电力系统瓷支柱绝缘子缺陷检测，其原理是通过向绝缘子底部发射特殊激励振动波，同时接收其振动反馈波，经傅里叶变换分析该反馈波形的频谱，即可判断绝缘子是否有裂纹、裂纹大概部位、机械强度是否降低或丧失。声学检测技术作为一种简便、准确的检测方法，不仅在电力系统绝缘设备检测上具有很好的应用前景，在工业生产检测中也具有非常广泛的应用。美国MODALSHOP公司曾为NASA对构成飞行器部件的每一个零件进行质量检测的产品，也是应用了共振声学检测法。

传统扫描法包括磁粉探伤、涡流／电磁测试、超声波检测、染料渗透测试、X射线／放射测试和目视检测法。这些传统的无损测试方法与共振检测法的扫描原理有着本质的区别。扫描法由人工操作并且需要操作者的主观判断，对于操作者的技术水平有一定的要求，同时操作者的主观因素也对检测结果有一定的影响。而激振声学检测法是测量待测件的结构频谱，将该频谱与标准被测件的结构频谱进行对比来判断被测物体是否存在缺陷。该方法是对待测物体整体进行测量，包括结构的内部缺陷和外部缺陷，并给出客观和定量的检测结果。物体的结构频谱是由物体本身的共振特性决定的，具有独一无二的、可重复测量的特性，它是由被测物体的几何特征和材料属性共同决定的，是激振检测技术的基础。测试过程中，一次测试就可以测量出一个被测物体的特征频谱。

技术实现要素：

本发明的目的是为了在无损的情况下准确的进行物体内部缺陷的检测，设计了一种基于激振声学的物体内部缺陷检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于激振声学的物体内部缺陷检测装置由主控CPU、振动发射器、振动接受器、信号调理电路、显示模块、电池模块、USB模块、语音播报模块等部分构成。激振声学检测就是通过给予待测件一个随机振动，并利用加速度传感器“听取”其声学响应。可控的随机振动在频域上是一条平坦的能量谱，加速度传感器实现对结构的接触式测量。输入能量在待测件的固有频率点被“放大”和辐射，并被加速度传感器采集。

所述的振动发射器选取了特殊的陶瓷片，该陶瓷属于超声波电机材料，通过LabVIEW对该材料进行扫描可以看到振幅突变位置大约在24kHz左右，由此可知在测量范围f1 kHz一10kHz)内，该振子不会发生谐振。激振子结构采用多片陶瓷并联结构，并将在振动方向上叠加，以增强激振力。发射器前端采用锥形结构探头，该结构探头可将声波振动放大，并可接触到不易测量的位置。振动接收探头的结构与其相同，也有一个锥形探头，该结构与发射探头对称，使得接收的信号可以抵消发射信号经探头放大产生的干扰，设备采用压电式加速度传感器，灵敏度高达1.294pc/m·s^一2，振动经加速度传感器转换成电荷信号后送人电荷放大电路，通过RC放大后送入可调节式信号调理电路。

所述的信号调理电路包括：电荷放大、带通滤波、电压抬升。电荷放大电路把微弱的电荷信号放大成电压信号,运算放大电路选择AD823；由低通滤波电路和高通滤波电路组合的带通滤波电路，设备用通带频率为1—10kHz；采用电压抬升方法为使A／D转换输入达到合理区间，利用运放将电压抬升到1.5V，同时增加了数字电位器的设计，可实现对抬升电位的灵活调节。

本发明的有益效果是：

本文设计并制作了一套基于激振声学的物体内部缺陷检测装置，实验测得结果和仿真得到的结果一致，证明了该装置测量结果准确，速度快，存储数据量大，为无损检测在实际应用中的推广提供了一个很好的平台。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是测量系统结构图。

图2是电荷放大电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，基于激振声学的物体内部缺陷检测装置由主控CPU、振动发射器、振动接受器、信号调理电路、显示模块、电池模块、USB模块、语音播报模块等部分构成。系统采用内核为Cotex—M3的LPCI768芯片作为MCU，设备由磁簧开关触发启动电路，使MCU开始工作，初始化完成后LPCI768发出白噪声PWM波，经过整流、滤波、放大后，再由功放电路驱动振动发射器发出声波振动；振动接收器接收信号后将电荷转化为电压信号，再通过A／D转换后存储到TF卡中；分析数据时将数据导人到上位机，通过频谱分析得到待测物体的频域曲线；将每个待测件的频域曲线与标准频域曲线进行对比，分析其一致性，标准频域曲线是来自于已知合格件的测试曲线。共振频率表现为频谱曲线上各个峰值，合格件频谱曲线的各个峰值在幅度和频率上与标准频域曲线是一致的。频谱曲线上峰值的幅度和频率差异都意味着该待测件与合格件有差异。简而言之，激振声学检测就是通过给予待测件一个随机振动，并利用加速度传感器“听取”其声学响应。可控的随机振动在频域上是一条平坦的能量谱，加速度传感器实现对结构的接触式测量。输入能量在待测件的固有频率点被“放大”和辐射，并被加速度传感器采集。

如图2所示，电荷放大电路把微弱的电荷信号放大成电压信号。运算放大电路选择AD823，是双通道、精密、16MHz带宽和高增益的放大器；反馈电容C32决定了电荷转电压输出的大小以及电荷放大的频率响应特性，电容性能的好坏直接决定着电荷放大器是否稳定，此处反馈电容C32设定为100pF；反馈电阻主要是抑制反馈电容引起的零点漂移．由电荷放大器的下线截止频率町知，在C32一定情况下，要保证下限截止频率，反馈电阻尺38必须尽可能大，经过多次试验验证．此处设定为100MQ较合适。