基于DSP的锚杆无损检测系统
2016-10-22周天涯冯自振佘一鸣李帅秦玉玲
周天涯 冯自振 佘一鸣 李帅 秦玉玲
石家庄铁道大学
基于DSP的锚杆无损检测系统
周天涯 冯自振 佘一鸣 李帅 秦玉玲
石家庄铁道大学
锚杆在各种矿山、公路、铁路以及其他地下工程的广泛应用大大提高了安全生产水平。但是由于锚杆的工作环境恶劣,容易出现锈蚀、断裂等缺陷,锚杆缺陷带来严重的安全隐患。DSP是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。将采集得到的数据,利用DSP结合小波变换对数据进行处理,可以有效地对锚杆实现无损检测。
锚杆 DSP 无损检测 小波变换
锚杆是支护系统的一个重要的组成部分,根据围岩的性质以及服务特点采用全长锚固锚杆、部分锚固锚杆以及端锚式锚杆对围岩及边坡进行加固。因此,非常有必要对锚固质量、锚杆的完整性以及锚杆中的应力状态进行实时监控。
1 锚杆无损检测系统的硬件组成部分
锚杆无损检测系统主要由信号采集电路、信号处理电路、DSP处理器和显示部分组成。利用IEPE压电式传感器,将导波在锚杆传播的模拟量转化数字量,并输入到DSP内进行小波变换,处理后得到的结果发送至上位机进行显示。
1.1加速度传感器选取
在锚杆无损检测系统中,信号采集装置采用加速度传感器,其中,IEPE加速度传感器与其他加速度传感器相比,具有优秀的抗噪声性、易封装性和可远距离测量的优点且性价比较高。被广泛应用在加速度检测、振动检测或声音检测中。所以本文采用IEPE加速度传感器,其具体参数如表1所示。
表1 IEPE加速度传感器参数
1.1.1恒压源模块
为了得到4mA恒定电流,首先需要将5V电压源升到24V恒压源。电路中选取MAX5025芯片,MAX5025的固定频率、脉冲宽度都可以调节,而且具有低噪音、输出电压高的特点。因此它在升压、反馈等电路中得到广泛应用。采用MAX5025实现5 V转24 V的升压电路,其电路图如图1所示,其中有一个RC滤波电路,其目的用来减少输出噪声。并且该电路输出的电压值是由外接电阻R1和R2来决定的,一般R2的阻值范围为5 kΩ~50 kΩ,则R1阻值为
这里由于输出的是24 V电压,则VOUT=24,此时选取R2=8.2kΩ,
图1 升压电路
1.1.2恒流源模块
LM334是三端可调恒流源器件,用它设计恒流源电路,外接元器件少,容易制作并且精度高,稳定性好。LM334工作时,只需要保证输出端的电阻是一定的,那么输出的电流也就是恒定的,进而达到恒流输出的效果,输出电流的公式为:
式中,VREF=0.134V。
R2=10R
这里要求输出4 mA的电流,那么根据上式可以求出电阻R3=32Ω、R5=320Ω。LM334构成的恒流源电路如图2所示。
图2 恒流源电路
2 DSP数字信号处理器的选择
该系统选择的是TI公司的一款浮点DSP控制器TMS320F28335。它的精度高,成本低,功耗小,性能高,外设集成度高,数据以及程序存储量大,A/D转换更精确快速等。
TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力,具备32位浮点处理单元,6个DMA通道支持ADC、McBSP和 EMIF,有多达18路的PWM输出,其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM),12位16通道ADC。
3 信号调理电路
在传送到DSP之前,需要对这些信号一些调理和处理,例如对信号进行隔离、放大等,以便于后期处理。这样干扰信号不仅得到减弱,更有利于数据采集,从而使检测到的信号更加准确。
由于IEPE加速度传感器采集的信号中有8 V~12 V的直流偏置电压,所以在对信号放大前必须将直流信号滤除掉,这里就需要一个交流耦合电路来隔直通交,其中最简单的就是RC高通滤波器。
4 结束语
随着锚杆支护在煤矿巷道中的广泛应用,锚杆支护施工质量引起的垮巷冒顶事故时常发生,因此,锚杆锚固工程质量无损、动态检测理论和技术研究已成为采矿工程界亟待解决的问题。本文应用应力波反射法实现对锚杆的无损探伤,应用DSP对数据进行处理,使得检测结果更加准确。
[1]郭凤卿,张昌锁. 锚杆锚固质量无损检测技术及研究进展[J]. 太原理工大学学报,2005,S1:14-17
[2]吴石增,黄鸿. 传感器与测控技术[M]. 北京:中国电力出版社,2003
[3]MAX5025 Datasheet. Maxim Corporation, 2001.12