一种声发射监测报警设备、系统及方法与流程

本发明涉及声发射技术领域，具体涉及一种声发射监测报警设备、系统及方法。

背景技术：

声发射是一种常见的物理现象，各种材料声发射信号的频率范围很宽，从几hz的次声频、20hz-20khz的声频到数mhz的超声频；声发射信号幅度的变化范围也很大，从10m的微观位错运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能足够大，就可产生人耳听得见的声音。大多数材料变形和断裂时有声发射发生，但许多材料的声发射信号强度很弱，人耳不能直接听见，需要藉助灵敏的电子仪器才能检测出来。用仪器探测、记录、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术，人们将声发射仪器形象地称为材料的听诊器。

具体实践中，声发射技术可以用来监测桥梁断裂损伤、埋地管道泄漏、刀具磨损等。声发射技术检测损伤的原理为结构工程材料在损伤过程中存在声发射现象，通过监测声发射源，即可确定工程结构的损伤程度和发生部位等信息。声发射技术检测磨损等状态的原理在于不同的状态有不同的声发射信号谱，通过检测和鉴别不同的声音谱来确定对应的状态。例如，开裂损伤过程的声发射信号和转动摩擦状态的声发射信号，前者是突发信号，非连续信号，后者是连续的状态信号，被监测物不同的状态对应不同的声发射信号谱。

现有技术中，声发射监测方法一般为：在被监测物上部署声发射传感器，该声发射传感器与本地服务器或者后台服务器相连，本地服务器或者后台服务器根据声发射传感器发送的监测信号进行信号分析和数据处理，从而得到监测结果。现有技术的缺点在于：本地服务器或者后台服务器进行信号分析及数据处理时，需要人工干预，故需要人工值守，因此，人力投入大，用户体验度不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种声发射监测报警设备、系统及方法，以解决现有技术中声发射监测需要人工值守，导致人力投入大，用户体验度不高的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种声发射监测报警设备，包括：

声发射传感器，包括一个或多个，布设在被监测物上，用于监测被监测物发出的声发射信号；

监测报警主机，部署在所述被监测物上，与所述声发射传感器相连，用于根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

优选地，所述声发射传感器与所述监测报警主机集成在同一壳体内；或者，

所述声发射传感器与所述监测报警主机未集成在同一壳体内。

优选地，所述监测报警主机，包括：

调理电路，用于对所述声发射信号进行信号预处理，得到去噪后的声发射信号；

模数转换电路，用于对所述调理电路输出的信号进行模数转换，得到数字声发射信号；

主控芯片，用于根据所述声发射信号，得到包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号；

输出模块，用于输出所述特征信号及报警信号。

优选地，所述主控芯片包括以下项中的至少一种：

内嵌arm核的fpga芯片、相连的分立的arm芯片和fpga芯片、mcu单片机、cpld可编程逻辑器件、dsp数字信号处理芯片；

所述输出模块，包括：语音报警模块、灯光报警模块，或者，声光报警模块。

优选地，所述监测报警主机，还包括：

通信模块，与所述主控芯片相连；

所述通信模块包括以下项中的至少一项：

有线网络连接模块、物联网连接模块、移动蜂窝网络模块。

另外，本发明还提出了一种声发射监测报警系统，包括：

上述的声发射监测报警设备，及，

服务器，及，智能终端；

其中，所述服务器分别与所述声发射监测报警设备、智能终端相连，用于接收所述声发射监测报警设备发出的特征信号及报警信号，并将所述特征信号及报警信号转发给所述智能终端。

优选地，所述声发射监测报警设备与所述服务器，有线连接，和/或，无线连接；

所述服务器与所述智能终端，无线连接。

另外，本发明还提出了一种声发射监测报警方法，包括：

获取被监测物的声发射信号；

根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

优选地，所述根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号，包括：

提取所述声发射信号的特征参数；

将所述特征参数输入到参数滤波器，输出包含特定种类的特征参数的特征信号及报警信号；

所述特定种类的特征参数指示被监测物的健康状态。

优选地，

所述声发射信号的特征参数，包括：声发射信号的包络的特征参数；

所述包络的特征参数，包括以下项中的至少一项：

包络的幅度值、包络中的峰值个数、包络宽度。

优选地，所述根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号，包括：

对所述声发射信号进行滤波，得到预设带宽范围内的声发射信号；

对所述预设带宽范围内的声发射信号进行人工神经网络识别，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

优选地，所述方法，还包括：

若所述声发射信号包括多个，提取所述多个声发射信号的接收时间；

根据所述接收时间、声发射信号的传输速度，及声发射传感器所在的位置，定位出声发射信号的发射位置。

本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

将现有技术中在客户端(包括服务器端)上进行的声发射信号分析及数据处理的过程集成在了声发射监测报警设备中完成，由声发射监测报警设备直接发出报警信号和特征信号给客户端，省去了向客户端发送声发射信号的数据传递过程，省去了信号分析的人工干预过程，信号处理更快、响应更迅速，对网络的依赖性降低，用户无需人工值守，人工投入小，用户体验度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种声发射监测报警设备的示意框图；

图2为本发明一实施例提供的一种声发射监测报警系统的示意框图；

图3为本发明一实施例提供的一种声发射监测报警方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

参见图1，本发明一实施例提供的一种声发射监测报警设备100，包括：

声发射传感器101，包括一个或多个，布设在被监测物上，用于监测被监测物发出的声发射信号；

监测报警主机102，部署在所述被监测物上，与所述声发射传感器101相连，用于根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

本实施例提供的技术方案，将现有技术中在客户端(包括服务器端)上进行的声发射信号分析及数据处理的过程集成在了声发射监测报警设备中完成，由声发射监测报警设备直接发出报警信号和特征信号给客户端，省去了向客户端发送声发射信号的数据传递过程，省去了信号分析的人工干预过程，信号处理更快、响应更迅速，对网络的依赖性降低，用户无需人工值守，人工投入小，用户体验度高。

优选地，所述声发射传感器101与所述监测报警主机102集成在同一壳体内；或者，

所述声发射传感器101与所述监测报警主机102未集成在同一壳体内。

优选地，若声发射传感器101与所述监测报警主机102集成在同一壳体内，一个声发射传感器101与一个监测报警主机102相连，若声发射传感器101与所述监测报警主机102未集成在同一壳体内，一个监测报警主机102可以与1个或多个声发射传感器101相连。

优选地，所述监测报警主机102，包括：

调理电路，用于对所述声发射信号进行信号预处理，得到去噪后的声发射信号；

模数转换电路，用于对所述调理电路输出的信号进行模数转换，得到数字声发射信号；

主控芯片，用于根据所述声发射信号，得到包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号；

输出模块，用于输出所述特征信号及报警信号。

可以理解的是，现有技术中在客户端(包括服务器端)完成的信号处理过程，可以直接在监测报警主机中完成，设备集成度高，信号传输路径少、传输距离短，抗干扰能力强，信号处理更快、响应更迅速，对网络的依赖性降低，用户无需人工值守，人工投入小，用户体验度高。

优选地，所述主控芯片包括以下项中的至少一种：

内嵌arm核的fpga芯片、相连的分立的arm芯片和fpga芯片、mcu单片机、cpld可编程逻辑器件、dsp数字信号处理芯片；

所述输出模块，包括：语音报警模块、灯光报警模块，或者，声光报警模块。

优选地，所述监测报警主机102，还包括：

通信模块，与所述主控芯片相连；

所述通信模块包括以下项中的至少一项：

有线网络连接模块、物联网连接模块、移动蜂窝网络模块。

可以理解的是，所述通信模块可以与智能终端或者服务器相连，所述智能终端包括但不限于：智能手机、智能手表、平板电脑、笔记本电脑等。所述通信模块将报警信号发送给服务器或者智能终端，可以及时提醒管理人员关注被监测物的健康状态，延长被监测物的使用寿命，提高用户体验。

另外，参见图2，本发明还提出了一种声发射监测报警系统，包括：

上述的声发射监测报警设备100，及，

服务器200，及，智能终端300；

其中，所述服务器200分别与所述声发射监测报警设备100、智能终端300相连，用于接收所述声发射监测报警设备100发出的特征信号及报警信号，并将所述特征信号及报警信号转发给所述智能终端300。

优选地，所述声发射监测报警设备100与所述服务器200，有线连接，和/或，无线连接；

所述服务器200与所述智能终端300，无线连接。

本实施例提供的技术方案，将现有技术中在客户端(包括服务器端)上进行的声发射信号分析及数据处理的过程集成在了声发射监测报警设备中完成，由声发射监测报警设备直接发出报警信号和特征信号给客户端，省去了向客户端发送声发射信号的数据传递过程，省去了信号分析的人工干预过程，信号处理更快、响应更迅速，对网络的依赖性降低，用户无需人工值守，人工投入小，用户体验度高。

另外，参见图3，本发明还提出了一种声发射监测报警方法，包括：

步骤s11、获取被监测物的声发射信号；

步骤s12、根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

优选地，所述根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号，包括：

提取所述声发射信号的特征参数；

将所述特征参数输入到参数滤波器，输出包含特定种类的特征参数的特征信号及报警信号；

所述特定种类的特征参数指示被监测物的健康状态。

优选地，

所述声发射信号的特征参数，包括：声发射信号的包络的特征参数；

所述包络的特征参数，包括以下项中的至少一项：

包络的幅度值、包络中的峰值个数、包络宽度。

需要说明的是，本实施例提供的这种技术方案，适用于声发射监测报警设备的主控芯片中。以主控芯片为内嵌arm核的fpga芯片为例，对上述声发射监测报警方法解释说明如下：

数字波形信号输入→fpga芯片及其中的嵌入式软件将波形信号分析得到信号包络及包络的特征参数幅度值、包络中的峰值个数计数、包络宽度即持续时间等特征参数→arm芯片及其中的嵌入式软件将特征参数进行参数滤波器滤波获得报警信号例如信号幅度在80-90db、计数在12k-24k的信号产生报警信号等。

优选地，所述根据所述声发射信号，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号，包括：

对所述声发射信号进行滤波，得到预设带宽范围内的声发射信号；

对所述预设带宽范围内的声发射信号进行人工神经网络识别，输出包含被监测物健康状态的特征信号及报警信号。

需要说明的是，本实施例提供的这种技术方案，适用于声发射监测报警设备的主控芯片中。以主控芯片为内嵌arm核的fpga芯片为例，对上述声发射监测报警方法解释说明如下：

数字波形信号输入→fpga芯片及其中的嵌入式软件将波形信号进行滤波得到频率窗口为100khz-400khz的波形信号→arm芯片及其中的嵌入式软件将fpga滤波后的波形信号进行人工神经网络模式识别，输出开裂(报警信号)或噪声(无报警信号)。

优选地，所述方法，还包括：

若所述声发射信号包括多个，提取所述多个声发射信号的接收时间；

根据所述接收时间、声发射信号的传输速度，及声发射传感器所在的位置，定位出声发射信号的发射位置。

可以理解的是，一个监测报警主机可以连接多个声发射传感器获得声源传播到达多个声发射传感器的时间和不同声发射传感器声音接收到达的时间差异，从而计算获得报警信号产生的具体位置。两个声发射传感器可以获得线定位，3个及以上可以获得面定位，4个及以上可获得立体三维定位。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。