本发明专利技术提供了一种压电超声导波检测装置及检测方法，包括：主控模块、驱动电路模块、监测电路模块、温度检测模块、应变检测模块、至少两个压电传感元件、至少一个温度传感元件、至少一个应变传感元件；主控模块通过驱动电路模块与至少一个第一压电传感元件连接，至少一个第二压电传感元件通过监测电路模块与主控模块连接；主控模块通过温度监测模块与至少一个温度传感元件连接；主控模块通过应变监测模块与至少一个应变传感元件连接；本发明专利技术实现了对发射信号的稳定控制，消除了发射信号谐振，降低了发射信号噪声；实现了对压电传感元件短路的及时保护和报警提示；实现了对通道间串扰的消除；提升了仪器在不同工况下的适用性。提升了仪器在不同工况下的适用性。提升了仪器在不同工况下的适用性。
【技术实现步骤摘要】
一种压电超声导波检测装置及检测方法
[0001]本专利技术涉及结构健康监测领域，特别涉及基于压电超声导波的检测装置及检测方法。
技术介绍
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]结构健康监测，是对结构工作状态正常与否的描述。利用传感器获取结构运行参数，经数据处理得到健康状态诊断所需的特征信息，通过融合各类特征信息，实现对结构的状态监测、故障诊断、预测等，产生维护和决策可用的健康状态信息。
[0004]压电传感元件，又称压电换能器，是利用某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应来将电能与声能进行相互转换的器件。
[0005]超声导波检测技术，是结构健康监测的一种实现方式，以导波作为损伤信息的传递媒介，利用多压电传感元件组成的阵列在结构上激励导波，并采集与损伤相互作用后的导波响应信号。对采集到的响应信号进行处理，提取波形中的幅值、相位、频谱等信号特征，之后进行信号特征分析，对结构损伤进行识别与定位。
[0006]传统的压电超声检测仪器存在如下缺点：
[0007](1)不能精确控制驱动压电传感元件的发射波形，波形谐波分量较大，波形在高频时容易出现谐振，导致系统稳定性相对较差；
[0008](2)无法对压电传感元件的短路做出及时防护；
[0009](3)无法有效降低因波形发射造成的通道之间的串扰。
[0010](4)因不同材料对超声波有不同程度的衰减，因此会导致在同样的发射信号下，不同材料的接收信号幅值会有上百倍的差异，因此单个设备无法同时监测铝合金、复合材料等多种类型的结构。
技术实现思路
[0011]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种压电超声导波检测装置及检测方法，能够精确控制压电传感元件的发射波形，降低波形的谐波分量，消除波形的震荡，提高发射波形的一致性；能够压电传感元件短路的及时保护和报警提示；能够抑制通道间的串扰信号；能够针对不同幅值的响应信号实现自适应放大。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]本专利技术第一方面提供了一种压电超声导波检测装置。
[0014]一种压电超声导波检测装置，包括：主控模块、驱动电路模块、监测电路模块、温度检测模块、应变检测模块、至少两个压电传感元件、至少一个温度传感元件和至少一个应变传感元件。
[0015]主控模块通过驱动电路模块与至少一个第一压电传感元件连接，至少一个第二压电传感元件通过监测电路模块与主控模块连接；主控模块通过温度监测模块与至少一个温
度传感元件连接；主控模块通过应变监测模块与至少一个应变传感元件连接。
[0016]第一压电传感元件用于发射驱动信号，第二压电传感元件用于接收驱动信号与结构耦合作用后的响应信号，温度传感元件和应变传感元件用于获取结构的温度和应变信息，主控模块用于根据第二压电传感元件的接收到的响应信号，结合结构的温度和应变信息进行结构缺陷判断。
[0017]进一步的，驱动电路模块包括依次连接的任意波形发生模块、程控放大模块、程控带通滤波模块、宽频功率放大模块、短路防护模块、阻抗匹配模块、震荡消除模块和压电传感元件选择模块。
[0018]更进一步的，任意波形发生模块，根据发射信号的需求和主控模块的指令，调整输出波形的参数，产生特定幅值、频率和相位的驱动波形。
[0019]更进一步的，程控放大模块，根据发射信号的幅值需求和主控模块的指令，调节模块的增益，对发射信号进行不同倍数的放大。
[0020]更进一步的，程控带通滤波模块，根据发射信号的频率和主控模块的指令进行滤波频带配置，滤除前级产生的低频和高频噪声。
[0021]更进一步的，宽频功率放大模块，对发射信号进行固定倍数的功率放大，提高输出电压和驱动能力。
[0022]更进一步的，短路防护模块，利用三极管搭建可自恢复的双向短路防护电路，用于第一压电传感元件的短路时的过流防护。
[0023]更进一步的，阻抗匹配模块，利用电阻、电容、电感搭建匹配电路，实现装置输出阻抗与压电传感元件阻抗的匹配，减少发射信号的能量损耗。
[0024]更进一步的，震荡消除模块，利用主控模块控制双向晶闸管的通断，从而消除发射信号的震荡。
[0025]更进一步的，发射传感元件选择模块，用于在多个压电传感元件中选取至少一个作为发射用的第一压电传感元件。
[0026]进一步的，监测电路模块包括依次连接的压电传感元件选择模块、单路速开关模块、初级放大模块、多级程控放大模块、程控带通滤波模块、固定增益衰减模块和数据采样模块。
[0027]更进一步的，接收压电传感元件选择模块，用于在多个压电传感元件中选取至少一个作为接收用的第二压电传感元件。
[0028]更进一步的，单路快速开关模块，在激励信号结束前打开，在结束后闭合，用于消除响应信号中的串扰信号，打开和闭合受主控模块的指令控制。
[0029]更进一步的，初级信号放大模块，采用精密运放对响应信号进行固定倍数的初级放大。
[0030]更进一步的，多级程控放大模块，采用多个增益可调的运放级联实现，每个运放的增益根据主控模块的指令配置。
[0031]更进一步的，程控带通滤波模块，根据发射信号的频率和主控模块的指令进行滤波频带配置，滤除响应信号中的低频和高频噪声。
[0032]更进一步的，固定增益衰减模块，对发射信号进行固定增益的幅值衰减，不改变其频率与相位。
[0033]更进一步的，高速数据采样模块，对衰减后的发射信号和放大后的响应信号进行模数转换。
[0034]进一步的，温度检测模块包括依次连接的长线驱动模块和温度通道选择模块。
[0035]更进一步的，长线驱动模块提高温度信号的驱动能力，以适应于信号的远距离传输。
[0036]更进一步的，温度通道选择模块用于在多个温度传感元件中选取至少一个进行连接。
[0037]进一步的，应变检测模块包括依次连接的长线驱动模块和应变通道选择模块。
[0038]更进一步的，长线驱动模块提高应变信号的驱动能力，以适应于信号的远距离传输。
[0039]更进一步的，应变通道选择模块用于在多个应变传感元件中选取至少一个进行连接。
[0040]本专利技术第二方面提供了一种压电超声导波检测方法，利用上述的压电超声导波检测装置，包括以下过程：
[0041]多个压电传感元件、至少一个温度传感元件、至少一个应变传感元件被配置于待测结构体上；
[0042]主控模块利用驱动电路模块驱动某个第一压电传感元件发射预设波形信号，发射信号的频率和相位由任意波形发生模块调节，发射信号的幅值由任意波形发射模块和程控放大模块共同调节；
[0043]主控模块根据发射信号的频率，利用可调的带通滤波模块滤除发射信号中其他频带的噪声；
[0044]主控模块根据发射信号的结束时间，控制震荡消除模块消除发射波形的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种压电超声导波检测装置，其特征在于：包括：主控模块、驱动电路模块、监测电路模块、温度检测模块、应变检测模块、至少两个压电传感元件、至少一个温度传感元件以及至少一个应变检测元件；主控模块通过驱动电路模块与至少一个第一压电传感元件连接，至少一个第二压电传感元件通过监测电路模块与主控模块连接；主控模块通过温度检测模块与至少一个温度传感元件连接；主控模块通过应变检测模块与至少一个应变传感元件连接；第一压电传感元件用于发射驱动信号，第二压电传感元件用于接收驱动信号与结构耦合作用后的响应信号，主控模块用于根据第二压电传感元件的接收到的响应信号，结合结构的温度和应变信息进行结构缺陷判断。2.如权利要求1所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：驱动电路模块包括依次连接的任意波形发生模块、程控放大模块、程控带通滤波模块、功率放大模块、短路防护模块、阻抗匹配模块、震荡消除模块和压电传感元件选择模块。3.如权利要求2所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：任意波形发生模块，根据发射信号的需求和主控模块的指令，调整输出波形的参数，产生特定幅值、频率和相位的驱动波形。4.如权利要求2所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：程控放大模块，根据发射信号的幅值需求和主控模块的指令，调节模块的增益，对发射信号进行不同倍数的放大。或者，程控带通滤波模块，根据发射信号的频率和主控模块的指令进行滤波频带配置，滤除前级产生的低频和高频噪声；或者，宽频功率放大模块，对发射信号进行固定倍数的功率放大，提高输出电压和驱动能力；或者，短路防护模块，利用三极管搭建可自恢复的双向短路防护电路，用于第一压电传感元件的短路时的过流防护；或者，阻抗匹配模块，利用电阻、电容、电感搭建匹配电路，实现装置输出阻抗与压电传感元件阻抗的匹配，减少发射信号的能量损耗；或者，震荡消除模块，利用主控模块控制双向晶闸管的通断，从而消除发射信号的震荡；或者，发射传感元件选择模块，用于在多个压电传感元件中选取至少一个作为发射用的第一压电传感元件。5.如权利要求1所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：监测电路模块包括依次连接的压电传感元件选择模块、单路速开关模块、初级放大模块、多级程控放大模块、程控带通滤波模块、固定增益衰减模块和数据采样模块。6.如权利要求5所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：
接收压电传感元件选择模块，用于在多个压电传感元件中选取至少一个作为接收用的第二压电传感元件。7.如权利要求5所述的压电超声导波检测装置，其特征在于：单路快速开关模块，在激励信号结束前打开，在结束后闭合，用于消除响应信号中的串扰信号，打开和闭合受主控模块的指令控制；或者，初级信号放大模块，采用精...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜明顺，魏钧涛，张雷，张法业，隋青美，贾磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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