柔性激振的频响函数法损伤检测数据获取系统

第 1 6

卷第期22 0 6年11月科

学

技

术

与工程

o V 1.1 No6. 0 2 J an . 2 01 6

l6 71— 18 15 2( 01 6 ) 0—2 02 1—40 6

c Si en ce eTc h n ol o gy an d E ngi n e e i rng

⑥

20 1 6 c S . i e cT h .E n g r g . 柔激性振频的响数函法损伤检测数据获取系统刘莹 郭丽亚李坤韩焱 (中北大学信息探测与处山西理省重实点验室太，原03 0 0 15)

摘

要传统的于频基函数响的伤检损测统系无实现法振检振激的软控件制，检测过程中要需断地移动激不振的器置位，进

而造成测试过程耗费大量时，检间测速慢度效率低、。此为出提了一柔性激振的频响种数函法损检伤数测据取获统系。着重介绍基于了字数I/ O和开关阵列的柔激性振16路据数获取统系的激振检振一体检化测和器阵列关开等系前端统的设计，实现了1 6路单通道轮流励激的软件柔性制。并控于虚基拟仪器术技 L和a bV IE软W件平台开发了系统控制件软实。验验证明表，统满足系响函数频测检数据法取获要求，运行可靠稳定操，作方便，控制灵简活便设计的柔性激。振检振系统将在声定、位震源定 、弹性波位 CT等领域中有阔广的应用 前景。

关词键数字 I O/中法分图类号频响数函柔性

开阵关列 A激振T 3P9 1 ;文献志码

标测检在代制现业造中起着举足轻的作用重，任何产品不经过检测而进 市入场是都负不责的行 为 J。响函频数检测法是借 激振助向器被对测象施振加信动号，激被励测对 象生产振动通。过传感器测对象检的多点振信动，号利用各测的点激励信号响和信应号到各测点得的频响函。分数析比无较损伤被测对和损伤被测对象象各测中点响频数函的实频曲线和频虚曲线判被断测对的损象伤位置大和小和。常见超的声检测、法线射检测、法 TC扫1检测原理频响数函是统输出信号系和输信号的入立傅叶换变之比，它含包被了测对象物理数参的所有息信， 反了被映测件缺的陷类型和位的置变化。基于J频响数函的伤损测检是借激振器向助被测象对施加低频振的动号信，激被励测象产对振动，生通过传感器多检测对象点的动信振号 ,算计相应的频出响 函及其变化数律规。检测 ,时在被测对 象的表或面侧面等间隔布置

描，等法方相，比此法具方低有成本、量方测便、 无需耦、合更加直 接、误差小优等，被点广泛应用于结构、材料的伤损测检中但。目前见常的频响函数检法测统系无法实现激振检的振柔性控制，检测 过传感器，激振依器次在各激振进点激行振 其，中任意不同位置处的个传一器感激和振可器组一成个传输 系统。用频率生发器产生的信号激来励被测对象振 ,动利用振动传感将器被测对象 的应机响械动振信转号化为信电号后数据采集由统接收，系在再软系统件上分析信号，计算传系输统的频响函数。样这在每个率频得上到个一频响幅和值相位，罗列出被对测不象位置同的频响值幅和相信息位。根被据测件缺陷的类型和位能置够一地唯决定响频函数的变 化，对比分析无损被伤测对 和象损伤被测象对 中各点测到得的频函响数实的频曲线和虚频曲线，判

程中需要不断地动移激振器和传感器的位置来完成试测任，耗务费大量时间 ,检测率效低， 励激制精控度。差因此，文本计设了一种16路柔单性通道轮流激 振的频函数法数响据获取系统实，现了于数基字 I/O开和关列阵的柔性激 1振路频6响法数据获 取系

统前端，括包激——振检振一 体化测检器设计及开关阵设列计。

断被对象测的损位伤置大和小。 2 01年58月3 1日到收电子试测技术国防科技重点实验项室目( 9 410 C 120 40 4 410 C 1 20 6 2 )资助

2柔性激 振检系统测根频据响数函法测检原理， 8含个测检点的测试统一系是般在被测象对的表面者侧面按照或一定

第作者一简介：刘莹( 1 9 9一),0女，西山运城省市人硕士，研究

生。究方研向：信探测息信息与理、处仪 器仪表技术。 — Emai l: 1 312 5 47 33 7 q@ .qc o i n。的规律 (方形或圆形 )以环绕的方布设式传感器， 如图1所示激振。器流轮在个各传感器

所的在置位 激被发测对象机械动，振传感各器接收传播后振的信号动当在。R 1位置激时振，分别由R 1~R号传

通信8者作介：韩简息重。建

(焱19 5 7)一，,男授教、博生士导生研究。方

向：通技信术、号处信理识和别、动自测检技术、数学图处像理与信

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1

6科学

技术

与

工

程

16卷

圈传和感线圈，用于实现电一一机磁械能机和械能一一磁电双的转换。向两线圈的绕、材向质和匝的振切激换利 1用 6路用复器实现将，个输1入通道 的数据复到用 16个输出通上道，即将拟模激源励信号过通多路用复器输出到其中的 1个激振上器，由

等数数参均持保一致。检测器内部有永由磁产生体的恒定场磁，当交变激励号流信过激振圈线时，使 圈受到线个一交变推力动产生交变运动，产生振动。线圈振动后，产生 驱动力通过振动杆驱平动板产生机械振动从，而励激测被体动振，完电一成一磁机械能的转化，为作系统的激振 ¨器。与此时同，被测 的体振动动力带动传感线驱随圈被着体测动前后振动，从而带颤传感动圈线在磁场中做切割磁感线的 运动，根据电磁感应原理 在线圈中就，产生感会应电流从，完成机械而能磁一电一转的，化作系为的传统感器。 地址码控制振激的轮进行流1。路复用器6模拟输出卡—。. /o — 功放和驱动圈线o——感线传圈调理路电—刀单双掷关开! . L

I一一一 2一—=图三5式模检测器 切换电Fi g路 5. S wi tc h c irc u it o f th r ee p a tt e r n ed te c o rt硬件电路设计时，开阵列选关用A D 1 6 0G和 6 A DG1 6 3 4构。其成中A D G 160 6为单芯片 iC OM S⑥模拟多复路器用，内置 61个单通道它。根 4据二位制进址地线 A、0A 、1 A2和A 3所确定地的址，将16

量质块

路入输之 切换 公至共输。提出供 E输入N,用来 使能或禁用器件。禁用时 ,所有通道均关断。开关时间最大为 2 02 n,s一 3 Bd带宽 2为1 Mz H l 1]2。系统用到 A GD

1 6 06的 1公个共和端对应的 6个l复用图4检测器 F i . g 4Det e c t ro

,端来用切换软件系统产生的激信励号加载到不同位 置的振器上激。A GD 16 3内4置个4独立可的选3 .2虚激拟信号源模励设计块单刀双掷( P D S T)开，开关关问时最为大 25 9 n s,一3 d B宽可带达 1 0 3 HM l z 1 3]。所有通道采均用开后先合开式关，防止关开通时发道生瞬时短路。当开关接通时，开关的两方个向的导电性能相同。根据上以分析，设计了图 6如所示的关阵列开系统励激信号源用利软件控制 D/ A转换卡 成构，D/ A换卡转即为统系的 D/转A换模块转。换卡号型为 PC I 8一3 24A F,具有路4模拟量输通出道，承

担激信励号产生工作，用将虚拟信于发号生产器生的数字激励信转号化为模拟信号并载加激于振器

其及控系制。统 CPI . 8 23 4 AF的 6路1数字出输通道DO 0 D… O 15和4模路拟量输出通道 DA1… A D4,中D O( 0…1 )输5出选通信号到块 44 ( 2: 1 单)刀 双掷开关 ADG I 6 3 4的逻辑制控端，同时单路刀单双掷开关的公共端分别接到采 卡集的应模拟对输入 。

上。设端计的励信号激源 够能生产输出电压围范为一

10~l 0 V、频率高最达1 0 k H的z正弦、波、方三角波等类型的稳激定励号信及以其他型类信号。 .33开关阵列计设A/ D换转卡 (模块)的型号为 CPI .8 4 63, B含包D O 0…开关阵列实是柔现性激振振控检制关键的，是实现上单通述道轮流振激系统的核心硬件部分 。

D一O7共 8路字量数输出通道，其中 DO 0…D O 3输

出选通信号到多路复用 的器二制地进址总 ,线 DO 4 出输数信号字到多路复用器的 E输入端 N,同多时路复用器的复用号端分信别到接对应激振的驱器动 信号端 1 5 E 4] l。3. 4制系统控设计

个一体检化测器由 1激路振器和路传 1器感组成,包它 3含种工作态状，只即作为传感器，既作 为激振又器为作传感器和 接地种模3式

。对于1 6

激路振而器，言需要现单实道轮流激通励，即一时同刻多有最1路激振在器作。而工于单对路感器传而言，需它要工在采作集振动信号和地接种两状态。个单检测器的控制开关由多路复用器和单刀双掷关开构成，完 成测器检测检功能的切换其。中 1路传感 的器工作 式模由单单路刀双掷开关进行切换，如图 5,需 1位逻辑要量完成制。控1路6振激器

制系统用控于控开制关阵列逻的辑输出，是实现单道通轮激流励的键。关

本设文计了于基虚拟仪技器术的控制系 统，采用La b V I EW 件开发软具工设，计运用图语形言G语言编程现实。利用 aLb V IE实现W对 P CI一 3 8 42 FA和 P CI- 8 3 46 B的数字/I输O出电平控的制，可方以便

期2刘

莹,等：柔性激 振频响函数的法损伤检测数据获取系统 21 7采集块工模作，采集定一被的体测动信号振并对，其行进存。然保后变数改量布字尔值状态切换，阵列开关输的入输出连接方式，重复上述步骤。最后判断 1 6路激振器是均否激振完毕，若已经完毕，则一 数据组采集结束，否则，继 切续激换振位，置到检直测束结。 4实验 析分在上位机软件系的控制统下，A/ D转换卡的低位4字数控制量振激激器振位置 柔的性换切， 0 0 00 系时统为第1路激振器工方式作；00 0 1时系统为第图 6开关阵列其控及制统系F ig 6 . Swi c t ha r a yrs a n d i s tc o tnr o l s ys t e m地将 相对应的输出道设通高输为出低或输出。高电为平 5 V,低平电为0 V。L—捱[[ J—

[= I l区蠹] l童—一—珏遗备 i扛————

2路激振器工作方；式依类推次 1, 1 1时系统1第为 1 6路振激器作方式工。第 5位为启/用数字量禁，高电平有效。D/ A转换卡 1的6位 数输字出制控感传器的工状态作，为时1,对应该路接的收信号；为 0,时路接地该不工作“。开始 8路开关量输 ”出 和开始“1 6开路量输关出为”开信号始，高电有效平 。首先直接将数据

采集卡的低 2位字输数出连接到它的 A D和 1A 2模D拟输入通道 采集，它的数字量输出信号，软在系件上观统察波形变化况情。当在 软系统件上设置最低位布尔值由“ F AL S E”转变为“ T RU E”时，A D 1通道的采集 数据波形 0从 V上 升为 5V,出现一个上沿之升后一直持保为高平电，而 A D2的波一形直持保 0 V;为之反，AD 1通道采的4路电平 合组输出，就可以制控路多复用器的根 4地线址，从而 现了实使用软件自控动制实选现的通一

功能软。件启时动，自动将所制的控路复用器多选

—P= 00 0.0i 1=

I

集波形出现个一下降沿， 后一然直保 为持电低，平而

通道通设预为默认第通 1' 1通选第路激器激振振l l

道，所有 单刀双掷开关 默认为接地输。入激励信参号数置

设个整系统工的作过程开和关阵列的制控程流如图所示7,上位机通过 P C I接口向 A/D转换卡和D A转/换卡送发开打设备命 令，若设备打开正，常在软 系统件设置数上字布量尔

Nl波形数据入缓存D写/ A￣￣换 第路i振激激器振通下选组激振一 P=P+000 1 i,= i+ 1

A D 通道的数据2形还保波持变，不明表统控制逻系辑出输确正。如图 8(a )所示。 后如图然 8( b,)在软 系统件上设置 A/ D转换 卡的路8布值尔为0 0 01 0 0 0 1 ( 8C -H 1C H,激励)源信 频号率为50 H z0,类型为正弦波将。阵列开关出输的第 1,路激2振器激励的号信分连接别至波器，示 通过开关阵列的导通得的测第1,2路激振器的测实据如数图8( b )所示。其中红 色曲线表示阵开关列 出到第 2路输激振器的励激信号，可看以出它 是一个频率为 49 1 . 6 H z正的弦波信号 ,与设定激励信号率相频，同波形平且滑，没有畸变。黄色曲线表示阵列开关输出到 1路第振激的器励激号，信可看出以 没有波显示形，表明阵列开关没有第 1向路激器振输出激励信。号明通说软件过统系能够很好控的制 励激信号的流输轮出，实 现频了响函数法损伤

检测的性控制柔。值,调用板卡的动链态接库的字量数输出函数板卡使输和出件软布值尔对相应的T TL电平，并持续输 出。后然，软件系统发送

\—

: /Y

开始模拟量输命出令，虚图 7 控系统制流程图 i g. 7 o Cnt ro l f l wdio gar a m拟信号发生器出输设定 频 o fF c n t o o r l yss t e率m、值幅和相位信息的 激励源信号，通过计算 P机 IC5结 论实现 1了6路 通单道柔轮性流振激检测系统 的

接口入写数转模卡的换缓存中并输出。接来下启动

端设前计，并设计一了种激振振检一化体检的测器。系统具有控制灵活，人机交界面友互好，扩性强展等

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科学

技

术与工程

16卷

A M e hto d f o r e aM s ur i gn t h Hee gi th a n d rA ea B as e d no Di s t ncae E t i ms a ito o fn M on o c u l a r V i iso n QU h S a n—sh a n ,C HEN iXa o, W XU a o i ho ng, Y A NG Qi a n ( Ch i n A ca ad e m y of E n g i n ee i r ng Ph y si c s ,Mia n y a n g 6 120 0 0, . P C hR i a n; C o lle ge of E le tcr o n ic s a n d I nf o mra ti on E n g i n e e r i n g , i cS h u na U n iv e r s i t y, C he n gd u 61 000 , P0. R C h in )

a[A b s t ra ct ]B sae d on t hr e — d iem e sn o ina l d is t a n c e em asu r e m ne,tw e pr o op se a m et oh dt o ca lc lu a e td the he i gh to f th e g r o u dn o bj c e tI. n o rd re to o ver co m e th e e ffe ct s o f c or e rs p on d in

g p io tn m a tc ihn g i n b i n o cu l ar ivs i o n,an d th e e m a u rse me n t re su l t s e r orr o f t h e p i x e l e qi vua eln t u s e d i n r e aa c l c u al a ti o n s, we p r opo s ea n e awn d mo r ae c c u rat e e t h o m d f o r ta rg e t ar a mee asu re men t . Fi r s tl y,us i ng t he t hre e - id men s i n oal d i s ta n ce me a su re emn t om de l,o b t a i n a di tsa nce f orm ul a o f a n a b rit ra ry p io t n o n ht e ro g u n d t o t he b ot to m of t h e a mcer a S.e con d ly, abs ed no t h e p nhi ol e i m ga i gn mod e l an d hte r e l a t ion s h ip b e te e nw th e se e lc te d s p e c icif m o e ld of o w lrd c oo d irn a t e s y s t e ma nd t h e ca mer a c o o r di nat e sy s te m,ca l c u la ti n g the a c t u a l h ieg h t a d nt h e a c t ua l ar e ao f t h te ar e gt o bj e c ts o n the g r oun .F d i n a lly, ew have ex e rpi m e t n s b oau t th e em tho sd a n d a an ly ze th e e x epr i me n t a l er o rr. e W a slo nif d t h e s o u r ec of th e er ro an prde s e n t s ol u ti o n,c son ifr mi n g t e h av li id y t o f t h eme t h

o d .

[ Ke y o rw ds] di s ta c en m d e 1

m o ono c u l a r vi iso n

he i h tg e m sau r e me n t

a rea m ae s r e meu n t

t hr e e .d me i nsi o n al

≯≯≯≯

(上接第 1 28)页 Da a gm e D t eec t i o n D ata Ac q i usi t i on Sy s t em wi ht F le ixb l e V bri a t oi n Ex ict a t o i n U si ng F e q ruen c y R es po n s eF nu t i co n M eth o dLI U r in g G,O U Y a l i— L,I uK n H,N Ar a n f e K Ly a bo r a t o yr o fS ig n a l C a pt u r ing& P r o ce s si n g T ec n o h olg y o fSh a x n i Pr o iv n c e

No r th Un i e v r s tiy o f C h n ia, Ta i yu a n 3 0 00 15, P. R.C h n ia )

[bAs t r ca t] T a d irt i o anl d m aag e d et ce ti on s ys t em abs e d o n r f qe e unc y r e p s on s e f u nc it o n i s u nab l et o r e a li z t hee osf tawr c o ne t orl o fex c tia t i o na d n d e te c t oi n o f v ibr a t i o n, and i n t h e p r o ec s so f e d t ce t i o n it n ee ds c o ns t ant ly ot mo ve ht e o spi i ton o f th e v bir a o r t, c u s ain g th t at eh t e s t rpo c e s s i t is e— c o m nsu i n gmha v,i ng l o w sp ee d a n l o w dei cf i e n c y,

t h su t so o v le t h s i pr o bl e

m, hti s p p e r a pr o p os e sa da m a e g de t e c t oi n a d at a c qiu s i t i on s s yt e m b as ed no fr e q ue cny r e— sp ons e f u nc t o i n emt h do w i th l e f ix bl e v ibr a t o n iT .he d s ei g n o f d et c te o ri n t e g r a te d v ib r a t i no e xci ta tio n a n ddet ec it o n,

as w e l la s t e h d e s ign o f a ra y s wi t c h n ad o t eh rr f n o— te dn o f th e s y t s m b a e es d o n d i gi t a Il/ O a n d s iwt c ha rra y s r a ee pmh t iac al yl ni tr odu c e dr, e l iaz in t ghe l fe xi b el s f o wat re oc n rt l o o f i sn g le c ahn n e l v i b r a ti o n i n t u rn fo r 1 6 c ha nn e l s . Bes d e si. ht ec o t nlor s o f tawr e s yst e m i s d eve l o p e d b a es d on t he v i rt ual in s rt uem n t tec h n o olg y an d t h La e Vb IE W so t f— w ar e p l a tfo r .m x p eEr i men t s h s wo t h t,ta he s y st e m ca n e met t h e d e m nd a fo t e t s d ta aac uqi s t i o n i or f rf equ ncey r e—

s pon s e u fnc t i on m teh o d a n d i t ca n nu r re li a b yl an d s ta bl y . tI c an b e eas l i y a nd le f xi b l y op e ra t de a n d c on

t o rll e d.tA h t sea me it me,th e d s ei g n e d s y s t me wit h el f xi b l e vi r a b i o nt e x c i t at i o na nd de t e ct i o ns t il l h a bs ro a da p p i lca t io n p r os—

pec t i n s s o u nd p o s i it n oi n,g osu r c e l oca t i o ne, l a s i t ca vwe C T a dn o the r i f e l d s. [e K y w o r ds] dig i t a l I/ O

r f eq u e cny r sep o s e n f un c t o in

l fex i b e l

s w it ch a r a y

vsi b r a ti no e c i t xat oi n

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