本實用新型屬于聲發(fā)射檢測設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機。

背景技術(shù)：

材料中局域源能量快速釋放而產(chǎn)生瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。大多數(shù)材料變形和斷裂時都有聲發(fā)射發(fā)生，但由于許多材料的聲發(fā)射信號強度很微弱，因此需要借助相應(yīng)聲發(fā)射儀器檢測出。緊貼在材料表面的傳感器接收到聲發(fā)射模擬信號，通過前置放大器將信號強度放大并導(dǎo)入至聲發(fā)射主機中，聲發(fā)射主機將聲發(fā)射信號進一步處理，最終將數(shù)據(jù)傳輸至計算機終端進行分析與保存。

聲發(fā)射信號為時域信號(幅度-時間)，快速傅里葉變換(FFT)作為一種重要的頻譜分析方法能夠?qū)r域的數(shù)字信號迅速地變換為它所對應(yīng)的譜，以便可以得到關(guān)于信號的各種特征，頻域的譜分析技術(shù)相對簡單且實用性極強，常被作為重要的輔助分析手段用于聲發(fā)射信號的研究中。

由于聲發(fā)射信號的微弱性和干擾噪聲的多樣性使得聲發(fā)射主機在信號處理過程中會有放大和濾波過程，經(jīng)過一系列處理后得到聲發(fā)射信號參數(shù)與波形數(shù)據(jù)。目前，聲發(fā)射儀器的FFT分析大多采用先在電腦收集得到波形數(shù)據(jù)，后期再通過計算機軟件在該波形數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上變換得到FFT頻譜，并對FFT頻譜進行分析。這樣可能導(dǎo)致所得頻域波形與所得聲發(fā)射波形之間以及所得頻域參數(shù)與所得聲發(fā)射參數(shù)之間存在不對應(yīng)最終出現(xiàn)檢測的誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型提供了一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案：一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機包括模擬濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字濾波器、實時FFT模塊、數(shù)據(jù)生成模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和發(fā)送控制模塊；聲發(fā)射模擬信號依次經(jīng)過所述模擬濾波器、所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和所述數(shù)字濾波器之后，以聲發(fā)射數(shù)字信號形式輸入所述實時FFT模塊和數(shù)據(jù)生成模塊中；所述實時FFT模塊對聲發(fā)射數(shù)字信號進行時域到頻域的變換，并將變換后的信號發(fā)送給所述數(shù)據(jù)生成模塊；所述數(shù)據(jù)生成模塊生成聲發(fā)射波形和聲發(fā)射參數(shù)以及FFT波形和FFT參數(shù)，并傳輸至所述數(shù)據(jù)存儲模塊進行緩存，所述發(fā)送控制模塊控制緩存的數(shù)據(jù)傳輸至外部計算機終端。

進一步地，所述實時FFT模塊采用FPGA實現(xiàn)。

進一步地，所述模擬濾波器采用四階高通濾波器或四階低通濾波器。

本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：本實用新型通過將實時FFT模塊內(nèi)嵌至聲發(fā)射主機中，能夠保證在聲發(fā)射主機生成聲發(fā)射波形和聲發(fā)射參數(shù)的同時得到FFT變換后的頻域波形和頻域參數(shù)，避免了頻域波形與聲發(fā)射波形之間以及頻域參數(shù)與聲發(fā)射參數(shù)之間的不對應(yīng)情況，從而提高檢測的精確度。

附圖說明

圖1是本實用新型一實施例提供的一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型一實施例提供的一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機中的實時FFT模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、模擬濾波器；2、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；3、數(shù)字濾波器；4、實時FFT模塊；41、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；42、FFT處理模塊；43、參數(shù)設(shè)置模塊；44、窗函數(shù)選擇模塊；45、FFT參數(shù)存儲器；46、窗口參數(shù)存儲器；5、數(shù)據(jù)生成模塊；51、聲發(fā)射波形生成模塊；52、聲發(fā)射參數(shù)生成模塊；53、FFT波形生成模塊； 54、FFT參數(shù)生成模塊；6、數(shù)據(jù)存儲模塊；7、發(fā)送控制模塊；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。

如圖1所示，本實用新型提供了一種具有實時連續(xù)FFT分析功能的聲發(fā)射主機，其包括模擬濾波器1、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2、數(shù)字濾波器3、實時FFT模塊4、數(shù)據(jù)生成模塊5、數(shù)據(jù)存儲模塊6和發(fā)送控制模塊7。

需要說明的是，實時FFT模塊4是基于FPGA實現(xiàn)的，其中涉及到的計算機程序?qū)儆诂F(xiàn)有技術(shù)，它在授權(quán)公告號為：CN 102929837B，發(fā)明名稱為：基于FPGA的高速定點FFT處理器及其處理方法的專利文件中已經(jīng)公開過。

緊貼在材料表面的傳感器將檢測到的聲發(fā)射模擬信號傳輸至前置放大器進行放大，放大后的聲發(fā)射模擬信號傳輸至聲發(fā)射主機中。模擬濾波器1對聲發(fā)射模擬信號進行模擬濾波，過濾到干擾噪聲。模擬濾波器1可以采用四階高通濾波器或四階低通濾波器。

經(jīng)模擬濾波后的聲發(fā)射模擬信號傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2中，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2將聲發(fā)射模擬信號轉(zhuǎn)換為聲發(fā)射數(shù)字信號，并傳輸至數(shù)字濾波器3中。

數(shù)字濾波器3對聲發(fā)射數(shù)字信號進行數(shù)字濾波。經(jīng)數(shù)字濾波后的聲發(fā)射數(shù)字信號傳輸至數(shù)據(jù)生成模塊5和實時FFT模塊4中。數(shù)據(jù)生成模塊5根據(jù)接收到的聲發(fā)射數(shù)字信號生成聲發(fā)射波形和聲發(fā)射參數(shù)。實時FFT模塊4對接收到的聲發(fā)射數(shù)字信號進行時域到頻域的變換，并將變換后的信號發(fā)送給數(shù)據(jù)生成模塊5。數(shù)據(jù)生成模塊5根據(jù)接收到的變換后的信號生成FFT波形和FFT參數(shù)。

數(shù)據(jù)生成模塊5將生成的聲發(fā)射波形和聲發(fā)射參數(shù)以及FFT波形和FFT參數(shù)均傳輸至數(shù)據(jù)存儲模塊6進行緩存，發(fā)送控制模塊7控制緩存的數(shù)據(jù)傳輸至外部計算機終端進行瀏覽和保存。

上述實施例中，數(shù)據(jù)生成模塊5中包括聲發(fā)射波形生成模塊51、聲發(fā)射參數(shù)生成模塊52、FFT波形生成模塊53和FFT參數(shù)生成模塊54。其中，聲發(fā)射波形生成模塊51用于根據(jù)數(shù)字濾波后的聲發(fā)射數(shù)字信號生成聲發(fā)射波形。聲發(fā)射參數(shù)生成模塊52用于根據(jù)數(shù)字濾波后的聲發(fā)射數(shù)字信號生成聲發(fā)射參數(shù)。FFT 波形生成模塊53用于根據(jù)頻域的聲發(fā)射數(shù)字信號生成FFT波形。FFT參數(shù)生成模塊54用于根據(jù)頻域的聲發(fā)射數(shù)字信號生成FFT參數(shù)。

如圖2所示，實時FFT模塊4包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊41、FFT處理模塊42、參數(shù)設(shè)置模塊43、窗函數(shù)選擇模塊44、FFT參數(shù)存儲器45和窗口參數(shù)存儲器46。

數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊41與FFT處理模塊42連接，經(jīng)數(shù)字濾波后的聲發(fā)射數(shù)字信號傳輸至數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊41，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊41將與聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)無關(guān)的旁路數(shù)據(jù)直接導(dǎo)出，將與聲發(fā)射波形相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸至FFT處理模塊42中進行變換處理。

通過參數(shù)設(shè)置模塊43設(shè)置的FFT參數(shù)傳輸至FFT參數(shù)存儲器45中進行存儲，同時傳輸至FFT處理模塊42。通過窗函數(shù)選擇模塊44選擇的窗函數(shù)的采樣長度、預(yù)采樣長度和采樣率等參數(shù)傳輸至窗口參數(shù)存儲器46中進行存儲，同時傳輸至FFT處理模塊42。通過預(yù)先的FFT參數(shù)設(shè)置和窗函數(shù)選擇盡量減少譜泄漏與柵欄效應(yīng)，使與聲發(fā)射波形相關(guān)的數(shù)據(jù)信號在窗的邊緣為0，減少了截斷所產(chǎn)生的不連續(xù)效應(yīng)；同時與聲發(fā)射波形相關(guān)的數(shù)據(jù)信號經(jīng)過窗函數(shù)加權(quán)處理后，不丟失太多信息。進一步，窗函數(shù)選擇模塊44選擇的窗函數(shù)為矩形窗、漢寧窗、海明窗或高斯窗等窗函數(shù)。

FFT處理模塊42利用接收到的FFT參數(shù)和窗函數(shù)對與聲發(fā)射波形相關(guān)的數(shù)據(jù)進行FFT分析和處理，得到變換處理后的FFT頻譜。FFT處理模塊42是基于FPGA實現(xiàn)的，并通過蝶形運算實現(xiàn)聲發(fā)射數(shù)字信號由時域到頻域的快速變換。

本實用新型將實時FFT模塊4內(nèi)嵌至聲發(fā)射主機中，能夠保證聲發(fā)射信號的波形與FFT變換后的頻域波形之間以及聲發(fā)射參數(shù)與頻域參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而提高檢測的精確度。

本實用新型不局限于上述最佳實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本實用新型的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。