基于声发射技术的无线状态监测系统研究

摘要

声发射检测技术作为一种有效的无损检测手段现已在机械设备的故障诊断与状态监测中得到广泛使用。利用声发射技术对机械设备的结构、零件进行状态监测对于保证机械设备安全运转与生产有着重要意义。由于待测对象通常结构复杂，有线通信方式已经无法满足工程实际需求。针对金属材料与构件，本文提出了一套基于声发射技术的无线监测系统， 并对不同初始截面形态的金属材料拉伸损伤过程进行了分析与研究，主要工作如下:　　（1）介绍了声发射技术与无线传感技术在机械设备故障诊断与状态监测领域中的应用，特别是齿轮与轴承。阐述了声发射检测技术与无线通信技术在国内外的发展与现况。　　（2）通过电路设计与仿真，设计了一套基于幅值调制的声发射信号无线通信系统。重点介绍了幅值调制电路、峰值包络检波电路以及带通滤波器电路的设计与仿真，并在实验中检验了设计的可行性。　　（3）设计了一套基于 LabVIEW开发环境的声发射信号在线监测系统。提出了基于幅值-能量双阈值的信号截断方法，有效地减少了数据量。同时在该软件系统中完成声发射信号的参数分析、波形分析、数据存储等。　　（4）针对三种不同初始截面形态的试件进行拉伸实验，使用所设计的软件系统对试件拉伸过程进行全程监测。通过对比三种试件在材料拉伸不同阶段的声发射信号特征，可以定性的判断试件的损伤状态以及试件所处的拉伸状态。

目录

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2声发射技术简介及国内外发展概况

1.2.1声发射技术简介

1.2.2声发射技术国内外发展概况

1.3无线传感技术的简介

1.4论文结构安排

2无线声发射检测系统概述

2.1无线声发射检测基本原理

2.1.1无线通信基本原理

2.1.2声发射检测基本原理

2.2声发射信号特征参数及其基本特征

2.2.1声发射信号特征参数

2.2.2声发射信号基本特征

2.3声发射信号分析方法

2.3.1参数分析方法

2.3.2波形分析方法

2.4本章小结

3无线声发射硬件系统设计

3.1无线声发射监测系统的总体硬件设计

3.2声发射传感器

3.3前置放大器

3.4声发射采集卡

3.5发射机硬件设计与仿真

3.5.1压控振荡器电路

3.5.2混频器电路

3.5.3功率放大器

3.6接收机硬件设计与仿真

3.6.1解调电路

3.6.2带通滤波器电路

3.7本章小结

4硬件系统测试与实验

4.1发射机功能测试与实验

4.2接收机功能测试与实验

4.3本章小结

5基于LabVIEW的上位机软件设计

5.1开发平台LabVIEW软件简介

5.2软件系统的总体结构设计

5.3数据采集模块设计

5.4参数分析模块设计

5.4.1参数计算

5.4.2经历图分析

5.4.3关联图分析

5.5波形分析模块设计

5.5.1傅里叶变换

5.5.2小波分析

5.6系统设置模块设计

5.7本章小结

6基于声发射技术的金属损伤拉伸实验

6.1试验过程与方法

6.1.1试验装置与设备

6.1.2试验试件制备

6.1.3试验方法

6.2无损试件声发射信号分析

6.2.1无损试件试件参数历经图分析

6.2.2无损试件参数关联图分析

6.2.3无损试件波形分析

6.3含有缺口试件声发射信号分析

6.3.1含有缺口试件参数历经图分析

6.3.2含有缺口试件参数关联图分析

6.3.3含有缺口试件波形分析

6.4中心预留孔试件声发射信号分析

6.4.1中心预留孔试件参数历经图分析

6.4.2中心预留孔试件参数关联图分析

6.4.3中心预留孔波形分析

6.5本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录

学位论文数据集

致谢