基本信息
- 项目名称：
- 数字超声波混凝土预制板无损检测仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本检测仪采用 DSP处理器(TMS320F2812)为核心，通过分析超声波在混凝土预制板中传播的声速与声压衰减，从而对预制板的性能做出整体评价。它采用无损检测技术，将发射控制、采集滤波、AD转换、FFT运算、分析、显示控制、数据存储、数据通信等功能融为一体，并通过LCD液晶屏将分析结果显示出来，可同时利用上位机对多组数据进行分析。
- 详细介绍：
- 1、该检测仪通过声压衰减与强度（密度）转换算法，实现了混凝土预制板的强度检测； 2、信号采集分析软件，应用频谱分析方法直接检测混凝土预制板的缺陷，并可方便地在上位机上显示其检测结果； 3、该检测仪的超声波发射电路综合了连续波和脉冲波的优点，采用数字可调脉冲串激励方式，不仅提高了振幅，而且得到了较高的检测分辨力和频率选择精度； 4、该无损检测仪内嵌DSP数字处理器，通过算法控制，对不同的波形自动分析得出精确的结论，提高工作效率。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路： 脉冲信号由DSP发出，经发射电路驱动换能器使之振动，转变为声能发射出去。超声波在混凝土中传播，与之相对应的接收换能器使声能转化为机械能，再转化为电能。由于超声波在介质中传播具有衰减性，使得接收到的能量比较微弱，需要放大和滤波，再由A/D转换芯片转化为数字信号送入DSP。信号经过DSP的分析处理，再由液晶显示器显示出来，并将结果保存。 创新点： 1、该检测仪通过声压衰减与强度（密度）转换算法，实现了混凝土预制板的强度检测；2、信号采集分析软件，应用频谱分析方法直接检测混凝土预制板的缺陷，并可方便地在上位机上显示其检测结果；3、该检测仪的超声波发射电路综合了连续波和脉冲波的优点，采用数字可调脉冲串激励方式，不仅提高了振幅，而且得到了较高的检测分辨力和频率选择精度；4、该无损检测仪内嵌DSP数字处理器，通过算法控制，对不同的波形自动分析得出精确的结论，提高工作效率。 技术关键： ①算法设计：FFT算法、密度算法、强度算法；②数据分析移植：DSP模块进行数据分析，同时将采集到的数据通过USB传输给上位机软件系统，进行多组数据分析对比，得出全面系统诊断；③硬件设计：发射与接收电路、滤波、A/D转换、AVR控制电路 主要技术指标：1、发射频率：50KHz；2、A/D分辨率：12位；3、A/D转换率：3MHZ；4、电 源：AC:220V; DC:-5V,5V,50V；5、体 积：43cm*8cm*3cm
科学性、先进性
- 1、现有的超声波混凝土检测主要用于检测内部缺陷，并不能直接检测出材料的强度。这对非金属材料的检测是不全面的。该检测仪通过超声声压衰减与材料密度和强度的关系研究，建立了声压衰减量与材料密度（强度）的关系，不仅可用于进行材料的缺陷分析，也可直接得到材料的强度。 2、现有的发射端激励一般采用连续波或单脉冲激励，但难以获得高功率，且检测轴向分辨力低。该仪器结合二者优点，可发射出可调的脉冲串激励，即能够获得相对较高幅度的激励和检测轴分辨力，可使接收端有较高的频率选择精度。 3、超声波在医疗和金属探测仪器中技术早已熟，但由于混凝土预制板内部的成分很复杂，对超声波传播状况存在诸多不确定性因素，至今在混凝土预制板检测中还未得到有效解决。该仪器改进了检测方法，它并不仅仅使用对测或平测方式，而是可以根据混凝土预制板的实际形状，选择多种方式进行检测，也能使之在多种现场进行测量，提高了实际可操作性。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年2月,荣获我校第三届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 可直接转让于生产企业
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 首先，用特制的支架夹住混凝土预制板的两面， 在探头和预制板平面均涂上黄油。打开电源，用DSP发射脉冲串，经过处理后把数据输出和保存，直接以LCD显示屏显示出来，同时数据通过USB与上位机通信，通过软件系统进行数据分析。 推广前景： 目前非金属材料及材料性能的超声波检测与评价正处在研究热点, 国外发展较快且水平高, 而国内进展不大。因此鉴于超声检测技术的新动向、新进展, 立足国内现有设备状况及材料检测规范要求, 进一步研究非金属材料的超声检测新手法与评价手段, 提高检测结果的可靠性,开发超声仪的应用市场, 该项研究符合当前新型材料发展和工程应用的需要, 且具有实际推广价值。 市场分析： 该仪器集大部分功能于DSP，简化了硬件结构，更便于携带。检测人员不需要具备专业的检测知识就可以进行无损检测，极大的提高了产品的利用率。现在探测非金属技术还不成熟，无损检测技术仍有很大的发展空间，数字无损检测技术已成为检测设备发展的主要趋势，因此，该检测仪会有更为广阔的市场。
同类课题研究水平概述
- 混凝土预制板已成为当今建筑材料中应用最为广泛的一种材料，由于其受施工、存储时间、水泥品质等因素的影响，其质量检测是不容忽视的。由于混凝土内部结构很复杂，其物理、力学性能变化范围很大，超声波在混凝土中的传播状况存在很多不确定性的因素，超声波的检测以往只是应用在医疗和金属探测等方面，而混凝土预制板超声检测仪至今还未得到有效解决。 早在20世纪50年代末到70年代初，就出现了第一代混凝土超声检测仪，例如中国的CTS-10电子管超声波仪器，体积大，操作比较繁琐，精度较低。到70年代末80年代中期以晶体管及小规模集成电路为主要元件的模拟式非金属探测仪陆续开发出来，再到90年代中期以来，大规模集成电路和计算机的飞速发展，数字式智能化超声波仪器相继出现，它具有高速度采集、自动读测和储存参数并分析功能，自动化程度相当高，应用范围广，是目前应用于混凝土检测的主流设备。但是，目前混凝土预制板的检测主要是缺陷分析与检测，直接应用于强度检测的设备并未见报导。 在混凝土预制板检测中，主要是检测混凝土预制板强度和缺陷两项指标，而这两项指标的检测都需要超声波的传播时间这一重要参数。现有的三种激励方式分别为：连续波激励、单脉冲激励和脉冲串激励，而连续波激励不容易得出声波发射时间和接收时间，单脉冲激励由于本身很宽的频率范围，不便清晰得到波形的参考点。现在的新技术是采用可调脉冲串激励超声波探头来发射超声波，结合二者优点，既有较清晰的参考点，又能较好的分辨探头发射波与缺陷所激发的谐波。 综上所述，数字化，智能化，轻便化将是数字超声波混凝土预制板无损检测仪的主要发展方向。
