本实用新型属于数据采集技术领域，具体地涉及一种声发射数据采集装置及系统。
背景技术：
当前，数据采集技术已经成为许多行业的关键基础技术，尤其是利用声发射进行数据采集的技术已经越来越普遍。目前，主要通过基于中央处理器进行多通道数据采集，其中，中央处理器的选用主要包括单片机和FPGA两类。
对于基于单片机的数据采集方案，由于单片机体积小、结构简单，只能适应低功率低电压的数据采集场合，对于采用多通道数据采集的精度要求高、且采集速度要求快的数据采集场合，单片机并不能适用。
而对于基于FPGA的数据采集方案，又由于FPGA自身的功耗较大，且无低功耗管理，所以对于采用多通道数据采集的基于FPGA的数据采集方案又不太适合数据采集系统有低功耗要求的场合。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种声发射数据采集装置及系统，以解决现有的数据采集技术中采样速率与功耗相矛盾的技术问题，实现高速数据采集的同时还能把系统的功耗控制在要求范围内。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本实用新型实施例提供了一种声发射数据采集装置，所述装置包括：处理器及与处理器连接的单采集通道，所述单采集通道用于与对应的声发射传感器连接，接收所述声发射传感器发送的采集数据；所述单采集通道包括放大器、滤波器、模数转换器；所述放大器的信号输入端用于接收所述声发射传感器发送的采集数据，信号输出端连接所述滤波器的信号输入端；所述滤波器的所述信号输入端与所述放大器的所述信号输出端连接，信号输出端连接所述模数转换器的信号输入端；所述模数转换器的所述信号输入端与所述滤波器的所述信号输出端连接，信号输出端与所述处理器连接。
上述方案中，所述处理器为ARM处理器。
上述方案中，所述放大器由两个级联的运算放大器组成。
上述方案中，所述装置还包括存储器，所述存储器包括安全数码卡，所述安全数码卡的速度等级为class10。
上述方案中，所述装置还包括与所述处理器连接的显示装置，所述显示装置包括多位数码管，所述多位数码管包括四种显示状态，第一显示状态对应主/从机模式、第二显示状态对应采集/休息模式、第三显示状态对应采集信号值、第四显示状态对应故障类型。
上述方案中，所述装置还包括与所述处理器连接的按键装置，所述按键装置包括模式选择按键、参数选择按键以及启停选择按键。
上述方案中，所述装置还包括与所述处理器连接的网络接口。
上述方案中，所述装置还包括电源及与所述电源连接的稳压电路，所述电源为12V锂电池电源。
本实用新型实施例还提供了一种声发射数据采集系统，所述系统包括用于采集储罐腐蚀信号的至少两个声发射传感器、与所述声发射传感器一一对应连接的至少两个声发射数据采集装置以及将所述声发射数据采集装置相互连接的同步电缆，所述声发射数据采集装置为上述任意一种声发射数据采集装置。
上述方案中，所述声发射传感器环绕于所述储罐设置，所述声发射传感器相对于所述储罐的底面位于同一高度，且相邻两个所述声发射传感器之间的距离为6～15米。
本实用新型实施例提供的一种声发射数据采集装置及系统，该声发射数据采集装置包括：处理器与处理器连接的单采集通道，所述单采集通道用于与对应的声发射传感器连接，接收所述声发射传感器发送的采集数据；所述单采集通道包括放大器、滤波器、模数转换器，通过采用单采集通道、且单采集通道与处理器连接，便于单采集通道接收对应的声发射传感器采集的采集数据进行处理后发送给处理器，单采集通道便于实现数据采样速度与处理器功耗之间的匹配问题，以实现高速数据采集的同时满足低功耗的要求。
附图说明
图1为本实用新型一实施例所提供的声发射数据采集装置的组成结构示意图；
图2为本实用新型另一个实施例所提供的声发射数据采集装置的组成结构示意图；
图3为本实用新型一实施例所提供的声发射数据采集系统的应用场景图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一实施例所提供的声发射数据采集装置的组成结构示意图，如图1所示，所述装置包括处理器11及与处理器11连接的单采集通道12，所述单采集通道12用于与对应的声发射传感器1连接，接收所述声发射传感器1发送的采集数据；所述单采集通道12包括放大器2、滤波器3、模数A/D转换器4；所述放大器2的信号输入端用于接收所述声发射传感器1发送的采集数据，信号输出端连接所述滤波器3的信号输入端；所述滤波器3的所述信号输入端与所述放大器2的所述信号输出端连接，信号输出端连接所述A/D转换器4的信号输入端；所述A/D转换器4的所述信号输入与所述滤波器3的所述信号输出端连接，信号输出端与所述处理器11连接。
这里，所述处理器11的主频不小于550MHz，单采集通道12接收对应的声发射传感器1采集到的数据，进行处理后发送至该处理器11，其中，单采集通道12实际上为一条数据处理通道，每一声发射数据采集装置通过一条数据处理通道与声发射传感器1对应，便于实现数据采样速度与处理器功耗之间的匹配问题，当需要多条数据处理通道时则可以采用多个声发射数据采集装置分别接收采集数据和对所述采集数据进行分别处理，从而可以同时满足高速数据采集与功耗匹配的需求。在一可选的实施例中，所述处理器11为低功耗芯片具有高速数据处理能力的处理器，例如，所述处理器11可以是ARM处理器，所述ARM处理器具有丰富的扩展接口。在其他实施例中，所述处理器11还可以是主频不小于550MHz其他处理器。
在本实施例中，所述放大器2由两个级联的运算放大器组成。具体的，所述放大器2由两个级联的运算放大器组成，放大器2的增益为10*lg25db，大约为14db，以便于将所采集到的声信号放大至所需倍数。本申请实施例中，以声发射数据采集装置采集铁制容器腐蚀信号为例，通常铁制容器的腐蚀产生的声信号的频率范围为0～100KHz，为了便于对该声信号进行处理，通过两个级联的运算放大器进行放大后，使其放大倍数约25倍。
进一步地，在本实施例中，所述滤波器3为四阶巴特沃斯带通滤波器。具体的，滤波器3与放大器2连接，放大器2接收所述声发射传感器1发送的采集数据，进行放大后发送给所述滤波器3进行滤波，以滤除干扰信号。在本实施例中，仍以声发射数据采集装置采集铁制腐蚀信号为例，为了便于对该声信号进行处理，将所述滤波器3的带宽范围设置为30kHz～100kHz。
进一步地，在本实施例中，所述A/D转换器4的采样速率为1MHz，位宽为16位。具体的，根据奈奎斯特采样定理，在进行A/D信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。本申请实施例中，所述A/D转换器4的采样速率为1MHz，位宽为16位，当所需采集的声信号频率范围在0～100KHz的情况下，可以确保A/D转换器的采样率至少要大于2.56*100KHz，如此使得采样频率为信号最高频率的2.56～4倍，以确保采样之后数字信号可以完整保留原始信号。
图2为本实用新型另一实施例所提供的声发射数据采集装置的组成结构示意图。如图2所示，在一可选的实施例中，所述装置还包括存储器5，所述存储器包括安全数码(SD，Secure Digital)卡，所述SD卡的速度等级为class10。这里所述SD卡，通过SD卡接口8与处理器11连接。例如，所述SD卡为一张32GB的SD卡，该SD卡具有快速读写、可靠稳定的特性。下面仍以声发射数据采集装置采集铁制容器腐蚀信号为例，对SD卡进行数据存储的具体实现过程进行示意性说明。假设单采集通道的采样率为1MHz，每个帧数据量为16KB，一个文件125帧，那么一个文件需要125*16KB，也就是一个文件大小为2MB，而采样率为1MHz，一次采样的进度为16位，8位为1B，也就是一次采样2B，所以1s采样数据为2B*1MHz，从而1s内形成数据对应形成一个文件。另外，需要说明的是，每帧数据需存储序号4B等于32位、长度4B等于32位和采样起始时间8B，通道号1B，保留367B，共384B，该384B为每帧数据存储时预留的空间，并不占用存储时间。
在另一可选的实施例中，所述装置还包括：与处理器11连接的显示装置7，所述显示装置7包括多位数码管，所述多位数码管包括四种显示状态，第一显示状态对应主/从机模式、第二显示状态对应采集/休息模式，第三显示状态对应采集信号值、第四显示状态对应故障类型。在本实施例中，所述多位数码管为4位数码管，每一位数码管对应显示一种显示状态。在其他实施例中，所述多位数码管可以为其他大于4位的数码管，其中，一种显示状态可以通过一位数码管来显示，也可以通过多位数码管来显示。在另一些实施例中，所述多位数码管还可以为其他小于4位的数码管，其中，一位数码管通过切换显示状态可以用来显示两种或两种以上的显示模式。
在另一可选的实施例中，所述装置还包括与所述处理器11连接的按键装置9，在本实施例中，所述按键装置9包括三个按键，分别是模式选择按键、参数选择按键以及启停选择按键。所述模式选择按键用于切换选择所述装置的工作模式，所述工作模式包括主机模式和从机模式，如，通过拨动或者按压模式选择按键单次时，选择所述装置的工作模式为主机模式，通过拨动或者按压模式选择按键双次时，选择所述装置的工作模式为从机模式；所述参数选择按键用于调节装置的工作参数，如通过每拨动或者按压参数选择按键，则对应的参数以设置方式递增或者递减；所述启停选择按键用于选择装置的启动、停止和暂停采集数据，如设置启停选择按键三个可切换位置，分别对应装置的启动、停止和暂停三个状态。在其他实施例中，所述按键装置9还可以包括其他的按键，例如红外开关等。通过设置按键的方式，分别对装置的工作模式、工作参数及启停工作状态进行切换选择，可以使得装置的使用更加容易掌握，降低装置的操作难度。
在另一可选的实施例中，所述装置还包括与所述处理器11连接的网络接口10。所述装置可以通过网络接口10连接以太网，将采集的数据传输到网络上。
在另一可选的实施例中，所述装置还包括电源模块6，所述电源模块6包括电源及所述电源连接的稳压电路，所述电源为本安电源，在本实施例中，所述本安电源为12V锂电池电源，电量不大于3Ah，能供电能保证2小时连接工作且能循环充电。
本实用新型还提供一种声发射数据采集系统，图3为本实用新型一实施例所提供的声发射数据采集系统的应用场景图，如图3所示，所述系统包括用于采集储罐腐蚀信号的至少两个声发射传感器1、与所述声发射传感器1一一对应连接的至少两个声发射数据采集装置以及将所述声发射数据采集装置相互连接的同步电缆31，所述声发射数据采集装置为本申请任一实施例中所述的声发射数据采集装置。
以声发射数据采集装置采集大型油罐的腐蚀信号为例，该大型油罐的罐底周长为40～100米，在本实施例中，环绕储罐设置6个所述声发射传感器1，相应的所述声发射装置的数量也为6个，其中，所述声发射传感器1相对于所述储罐的地面位于同一高度且相邻两个所述声发射传感器1之间的距离为6～15米。在该声发射数据采集系统中，其中一个声发射数据采集装置的工作模式为主机模式，其余声发射数据采集装置的工作模式为从机模式，为了便于描述和区分，本实施例中，将设置为主机模式的声发射采集装置称为第一声发射采集装置32，将设置为从机模式的声发射采集装置称为第二声发射采集装置33，所述第一声发射数据采集装置32用于与上位机34连接。请再次参考图2，声发射采集装置的工作模式可以通过按键装置9中的选择按键进行设置。这里，第一声发射数据采集装置32与5个第二声发射数据采集装置33通过同步电缆31连接，每个声发射数据采集装置连接一个声发射传感器1，由声发射传感器1检测到油罐罐底因为腐蚀产生的微弱的模拟腐蚀信号，该腐蚀信号进入放大器2进行放大，放大后的信号进入滤波器3进行滤波，滤波后的信号进入A/D转换器4，转换后的信号进行处理器1进行处理。
在本实施例中，所述第二声发射数据采集装置33通过同步电缆31与所述第一声发射数据采集装置32进行同步，具体地，通过同步电缆31连接每个声发射数据采集装置的按键装置9的启停选择按键，也就是连接每一个声发射数据采集装置的启停选择按键的接口，在一些实施例中，由上位机34控制所述第一声发射采集装置32进行启停作业，再由第一声发射数据采集装置32发出启停信号，即产生一个同步时钟，并将该同步时钟通过同步电缆传递到每个第二声发射数据采集装置33中，所述第二声发射数据采集装置33接收到该同步时钟后进行相应的启停工作，以便该声发射数据采集系统中的每个声发射数据采集装置同时开始采集数据。在另一些实施例中，可以由所述第一声发射采集装置32直接发出启停信号，产生一个同步时钟，并将该同步时钟通过同步电缆31传递到每个第二声发射数据采集装置33中，所述第二声发射数据采集装置33接收到该同步时钟后进行相应的启停工作，以便该声发射数据采集系统中的每个声发射数据采集装置同时开始采集数据。其中，所述第一声发射数据采集装置32的网络接口连接上位机，在一些实施例中，该声发射数据采集系统的第一声发射采集装置32和第二声发射采集装置33通过同步电缆31将采集到的数据可以通过所述第一声发射数据采集装置32的网络接口发送到上位机34；在另一些实施例中，也可以是每个声发射数据采集装将对应采集到的数据存储到SD卡中，上位机34通过从所述声发射数据采集装置的SD卡读取采集到的数据。
需要说明的是，上述仅以采集大型油罐的腐蚀信号为例，然而在其他实施例中，所述声发射传感器1的设置数量和每个声发射传感器之间设置的距离可以根据数据采集标的大小来确定。在此不作任何限定。
本实用新型实施例提供的声发射数据采集装置及系统，至少具有如下有益技术效果：首先，通过本实用新型实施例提供的声发射数据采集装置，所述声发射数据采集装置采用单采集通道、且单采集通道与处理器连接，便于单采集通道接收对应的声发射传感器采集的采集数据处理后发送给处理器，单采集通道便于实现数据采样速度与处理器功耗之间的匹配问题，以实现高速数据采集的同时满足低功耗的要求。其次，通过本发明实施例提供的声发射数据采集系统，所述声发射数据采集系统可以由多个本实用新型中任一实施例提供的声发射采集装置组成，从而使整个声发射数据采集系统通过多个单采集通道并行实现高速数据采集的同时满足低功耗的要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。