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后再传送给处理器单元,处理器单元将电信号转化为数字信号,然后进行数据处理传给基站,由基站来决定如何开始相应的动作。
2.2 采集模块软件原理与设计
无线AE测试节点的软件设计采用C语言编程。主应用程序负责对整个无线传感器的控制和操作。由于采用ZigBee技术的节点设备工作周期较短、收发信息功率低,并且当节点不传送数据时处于休眠状态,当需要接收数据时由协调器设备负责唤醒,因此基于ZigBee无线通信协议设计无线传感器软件,可以极大地降低功耗。
依据ZigBee协议栈构架内容,无线传感器软件程序不仅需要必须包含一组ZigBee协议栈源文件,还要有一个控制单片机和无线通信单元运行的主应用程序。主应用程序负责对无线传感器的控制和操作。在工作状态时,压电陶瓷的变化信号通过前置调理放大电路后变成标准的模拟电压信号,通过微处理单元本身带有的A/D通道,将模拟信号采集进来并转换成10位数字信号并存储在微处理器的数据存储单元内,经过循环采集和AD转换后将所有数据打包,通过无线通信单元发送给基站。程序流程图如图4所示。
3 无线AE测试系统的数据分析与处理模块
有了负责数据采集和通信的数据采集模块,系统还需要有一个人机交互的系统软件平台,用来与无线传感器节点进行实时通信,接收来自基站的数据,存储到计算机中,并对原始数据进行分析和处理,实现损伤检测,报警等功能。使结构健康监测系统更完善,使用更方便。
在吸取国内外相关系统特点的基础上,以计算机为主体,利用虚拟仪器技术,以LabVIEW为软件开发平台,通过开发不同的测试分析软件模块,实现结构健康监测系统的数据采集,数据通信,信号处理分析,声发射检测,损伤定位和报警处理等功能,软件框图如图5所示。
4 试验应用研究
在初步测试阶段,用外部激励测试新开发的无线AE检测系统。在一个混凝土试件上安装间隔40mm的两个压电体,一个连接到一个信号发生器作为声波激励,第二个压电体作为被动式传感器输出检测信号。检测信号一路通过无线AE检测节点的无线通信功能传给基站,再由基站送给PC机,另一路直接连接到示波器观察波形。利用一个10kHz的正弦波来测试系统的性能,传感器单元的采样频率设置为50kHz。图6(a)给出了0.4 ms内无线传感器的采样数据与示波器上的数据的对比图,图6(b)为两个信号的频谱分析对比图。
由图中可以看出,无线AE检测系统较好地识别了结构的声波信号。在时域上,无线传感器接收到的数据和示波器数据几乎一样,两个波形很难区分开来。在频域范围也可以发现无线传感器节点与有线传感器的采集到信号的频谱主要成分非常的相似,它们的波峰的大小、形状和位置都比较一致。
5 结语
本文讨论了一个可以检测声波信号的新型无线AE系统的开发与设计制作过程,将该系统用于工程结构监测中时,节点易于安装拆除,不仅省去布设导线的费用,而且节省安装时间。系统中所用的无线传感器在体积小,功耗低的前提下,突破了目前国内用于结构健康监测的无线传感器最大采样频率只有数千赫兹的现状,将采样频率提高到50kHz,数据精度也从8bit提高到10bit。试验结果显示了无线AE检测系统可以用于较高频段结构健康监测的声波检测,在国内有一定领先优势,具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]彭新明,孙友宏,等.岩石声发射技术的应川现状[J].世界地质,2000, (9).
[2]王雪.无线传感器网络测量系统[M].北京:机械工业出版社,200 上一页 [1] [2] [3] 下一页
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