基于MSP430系列单片机的声发射检测系统设计

    1引言

    声发射检测技术指的是利用耦合在材料表面上的压电陶瓷探头将材料内声发射源产生的弹性波转变为电信号,然后用电子设备将电信号进行放大和处理,通过控制系统使之特性化,并予以显示和记录,从而获得材料内声发射源的特性参数.通过分析检验过程中声发射仪器所得的各种参数,即可知道材料内部的缺陷情况.如果用多通道声发射检测系统,还可以确定声发射源即缺陷的具体部位,在岩体滑坡,压力容器,桥梁大建筑中有着广泛的应用。

    传统的声发射检测需要专业人员到现场进行信号的采集处理,容易受到天气以及环境的影响,这样采集到的检测信号精确度不高,同时不能达到实时检测和预警,容易引发安全事故。基于这些问题,本设计采用现场采集,数据处理,无线通信和数据显示的方法实现实时检测。系统采用采用 MSP430 系列单片机作为MCU的核心控制元件。MSP430 系列单片机是由 TI 公司开发的16位单片机,其突出特点是强调超低功耗,非常适合于各种功率要求低的场合。

    2 系统的工作原理

    本系统基于三峡工程具体项目,承担长期监测任务,监测对象为滑坡体,滑坡破裂面追踪定位系统硬件为八通道声发射检测仪,该检测仪主要功能是对声发射信号进行源定位。定位方法为探头阵法。每一个声发射检测仪均由采集部分,信号处理部分,控制部分,PC机显示部分组成。

    传感器探头的探测信号采集后进行信号的处理,经过单片机转换和存储,然后发送给PC上位机接收和数据存储。为了实现系统的实用性,可靠性,智能性的特点,采用MSP430单片机和上位机无线传输的方法,MSP430单片机完成数据的采集,信号放大处理,A/D转换,数据发送等功能,上位机完成数据接收,数据存储,数据处理显示等功能,同时上位机还可以发送指令控制单片机工作,滤波截止频率的选择,放大倍数的选择等。

    3 系统的硬件电路设计

    系统总设计硬件框图如图1所示,本系统包括传感器探测,电源模块,信号整形滤波与信号放大模块,单片机控制模块,无线通信模块,上位机控制显示模块。

    3.1 传感器探测模块

    岩土体变形破坏时,产生的声发射是微弱的振动。由于岩土体存在节理、裂隙、层理等结构面,声发射在岩土体中传播时产生衰减,声发射经过反射、折射、绕射等时,信号特征也发生变化。

    为了得到较为清晰的能量信号,减小在声发射传播中的衰减,需要选择灵敏度高、性能好的的传感器,本项目采用YD83—D型加速度计,性能参数见表1。

    3.2 电源模块

    电源模块采用蓄电池+太阳能电池组合,工作原理是太阳能接收板接收太阳光转化为电能存储在蓄电池中,蓄电池外接变压电路获得±9V,±5V,±3.3V的直流电压供电,保证每个部分正常工作的需要。