[發明專利]一種用于聲發射信號的動態可配置帶通濾波裝置及方法

在審

• 申請號: 201910288546.4
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN109975433A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 李波;徐鵬生;高卉;聶蘭順;楊松貴
• 申請（專利權）人: 蘇芯物聯技術（南京）有限公司
• 主分類號: G01N29/42
• 分類號: G01N29/42;G01N29/32;G01N29/14
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明涉及一種用于聲發射信號的動態可配置帶通濾波裝置，所述裝置包括聲發射傳感器、模擬多路復用器、多個運算放大器組成的可配置二階濾波器、多選一模擬開關、電位器和中央處理器CPU，所述聲發射傳感器采集聲發射信號，連接至模擬多路復用器的輸入端，模擬多路復用器將輸入的單路模擬信號輸出到多個輸出接口，其輸出端分別連接到多路可配置濾波器的輸入端上，多路濾波器的輸出端連接至多選一模擬開關器，CPU通過控制總線分別連接到各可配置濾波器的電位器上，CPU經通用輸入/輸出口連接至模擬多路復用器的輸入端；該技術方案將高精度的運放、電阻、電容器都集成到一起合成帶通濾波，在保證性能提前下，拓展頻帶范圍，縮小了體積，同時動態可配置。

技術領域

本發明涉及一種用于聲發射信號的動態可配置帶通濾波方法，屬于工業傳感器技術領域。

背景技術

在工業現場，有大量的機械零部件在長期使用后，會疲勞裂紋，直至破壞之前，小的變形或微小裂紋的發生都伴隨聲發射的產生，故通過聲發射傳感器監測聲發射信號，可預知和發現材料或構造物的缺陷或破損。聲發射是固定變形或破壞時產生的聲音作為彈性波放出的現象，該彈性波可由聲發射傳感器感知。根據聲發射信號的理論模型，影響聲發射信號頻率的主要因素為裂紋擴展時間、形變體積及載荷和彈性模量的變化率。

聲發射頻率主要以超聲波范圍（幾十kHz到1MHz）的信號為主，但不同的機械缺陷或破損對應的頻率范圍不同，同時伴隨其他低頻噪音，以及機器運行、人員活動等噪音。需要針對不同頻率帶寬的信號設計不同的濾波器，以濾除其他頻率范圍的噪音?，F行的模擬濾波器一般都是根據具體的傳遞函數H(S)構建模擬電路，一旦確定，其電路參數和特性便無法再修改，無法實現通用，應用不夠方便，基本只有簡單的Sallen-Key低通和Sallen-Key高通濾波器，無法動態的配置帶通濾波。

聲發射傳感器的選擇應根據被測聲發射信號來確定。首先是了解被測聲發射信號的頻率范圍和幅度范圍，包括有可能存在的噪音信號?？梢允墙涷灹私?，如鋼材中焊接缺陷產生的聲發射源實驗結果認為信號頻率范圍在25-750kHz內，但有條件最好實際測試確定。然后選擇相對感興趣的聲發射信號靈敏、對噪音信號不靈敏的聲發射傳感器進行檢測。

論文《可編程動態特性補償濾波器設計》中提到使用分立運算放大器搭建帶通濾波，通過改變模擬濾波器電路的結構與參數以實現對不同傳感器動態特性的補償，解決無法動態配置的缺點，因為使用多個二階濾波器級聯，可調電阻器和可調電容器，導致體積巨大，無法在小面積范圍內使用，存在成本高，動態頻寬范圍窄的問題。市面上也有可調帶通濾波器IC，比如MAX274，該芯片由獨立的可級聯四個二階段組成，允許實現8階濾波器，每個部分都可以實現任何全極點帶通或低通濾波器響應，具有低通濾波和帶通濾波功能，中心頻率點達到150Khz。但是對于動態特性要求比較復雜的情況，模擬電路的結構也會比較復雜，而且一種模擬電路結構所能實現的補償傳遞函數十分有限。

初步檢索后，現有技術中公開了以下內容：實用新型專利CN208190609U提出了一種對于聲發射信號的放大裝置，通過切換選擇開關和四個帶通濾波器，實現對多個濾波領域的選擇。該專利限定了只有四段頻率的帶通濾波，濾波的中心頻率點相對固定，一經出廠設置不可更改。而現實的聲發射故障檢測中，可能針對不同故障檢測，需要靈活設置檢測的中心頻率點?，F有的可配置動態濾波器IC的頻率范圍窄，一旦確定后，可配置動態濾波范圍小，無法覆蓋聲發射信號的所有頻帶，只具備低通濾波，帶通濾波，很少有高通濾波；使用分立運放器件，只有Sallen-Key低通和Sallen-Key高通濾波，使用可調電容和可調電阻器搭建多階濾波器，存在無法覆蓋聲發射信號的所有頻帶，體積巨大，成本高等問題。因此，迫切的需要一種新的方案解決該技術問題。

發明內容

本發明正是針對現有技術中存在的問題，提供一種用于聲發射信號的動態可配置帶通濾波裝置及方法，該技術方案將高精度的運放、電阻、電容器都集成到一起合成帶通濾波，在保證性能提前下，拓展了頻帶范圍，降低了成本，縮小了體積，同時動態可配置。