基于声学冲击特性的陶瓷产品裂纹检测系统

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1、1绪论1.1选题背景及意义声音信号主要是由频率、强度和声谱所决定的，是一种模拟信号，可以用连续变化的波形来表示。由于声音精确且稳定，因而分析声音信号可以准确识别物体所处的状态，因而声音信号可以广泛应用于故障诊断和预报。分析提取的声音信号进行模式识别，在各个领域均有很大作用。比如在军事领域中，可以利用传感器拾取目标的声音信号，对目标进行探测、识别和分类，可以使指挥人员在战场上把握先机。在工业领域中，可以利用提取到的声音信号的特征值来判断机械设备的运转正常否，并可以根据不同的特征声音来确定故障类型，从而降低故障的损失。而在产品质量检测这一领域，利用声音特

2、性的技术却还刚起步。众所周知，陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、密度小等优良性能，在燃气轮机、汽车、内燃机、热交换器等各种工作机械或精密工具中制成各种零部件以取代传统材料，应用前景十分广阔。然而，陶瓷产品是典型的脆性产品，由于陶瓷材料制造工艺复杂工序多，即使在同样的工艺条件下，各零件的强度差异也很大，成批生产时质量不易准确控制，因此陶瓷产品的的完好性是不一，怎样检验陶瓷产品的完好性就成了关键性问题。传统的检验方法是通过人工敲击产品来听陶瓷器件发出的声音，根据声音来进行判别产品的完损与否。而这种检验方式不仅耗费劳力，效率比较低，且判断的正确性不高。无

3、损检测技术是一种不损坏产品的前提下的检测手段。如果能够用无损评价方法，来检验陶瓷产品的完好性将提高判别效率与正确性，而且开发陶瓷无损检测技术已成为各先进国家的重大课题。本课题将利用声学测试自动化，并用此来检验陶瓷产品的完好性。课题研究成功后，将对陶瓷产品的完好性检验的效率与正确性都有很大的提高，实现检测自动化。因此项目的研究意义是十分重大的。1.2国内外研究现状和发展趋势目前，国内外用于陶瓷裂纹无损检测的传统方法主要是表面检测方法，其中有：超声检测、渗透检测、射线检测。由于传统陶瓷裂纹检测方法检测范围窄，均难以检测出内部深层裂纹缺陷且判断的正确性不高

4、，近年来，随着相关技术的发展，新的无损检测方法不断出现，尤其是超声检测和射线检测方法与其它技术的结合，大大推动了陶瓷裂纹无损检测技术的进步。主要新型无损检测方法有:计算机辅助X射线层析成像法、超声波显微镜法、激光扫描超声波显微镜法(SLAM法)、同步显微聚焦X射线透视、声发射(AE)、表面声波技术(SAW)、热波成像技术、光学显微镜、红外热成像、超声A扫描及C扫描。随着这些新技术的引入和使用，人们发现，这些新兴科技含量高的陶瓷裂纹无损检测方法效率低、成本高，且测量结果会受陶瓷产品的形状、大小、表面、裂纹的大小和方位以及测量时所处的环境影响，需要有大量

5、专业人员处理，但测量结果却不精确。人们在不断探索新的简便操作，成本低但效率高的理想陶瓷裂纹无损检测方法。1.3本课题工作内容及安排本课题将设计以DSP为核心器件的声音采集硬件系统，需要进行理论分析，并根据市场情况选择器件，然后分别进行系统的设计。论文各章节安排如下：(1)绪论:介绍了课题的选题背景及其意义，无损检测的发展及种类，利用声学特性的无损的发展，种类及应用，声音信号采集与处理系统的发展及存在的问题，引出本课题设计。（2）陶瓷材料裂纹无损检测方法论证与选择：对陶瓷材料裂纹无损检测方法进行论述与比较，并对声信号采集方法进行论证比较，最后选择DSP

6、声音采集系统。（3）系统的硬件电路设计：提出一种音频信号在线检测与处理系统的硬件并从芯片的选型、电路接口设计详细分析了硬件系统的各个模块，包括DSP模块、AD转换模块、扩展存储器模块、串口通信模块、电源模块，并结合实践介绍了设计高频电路时所采取的措施。（4）基本程序的编写：DSP采集程序，系统与上位PC机的通信程序。2陶瓷材料裂纹无损检测方案选择2.1陶瓷材料裂纹无损检测方法比较目前，国内外陶瓷材料的无损检测的方法归纳起来，主要有:超声检测、渗透检测、射线检测，以上三种检测方法是传统的无损检测方法;近年来，随着相关技术的发展，新的无损检测方法不断出现

7、，尤其是超声检测和射线检测方法与其它技术的结合，大大推动了无损检测技术的进步。主要新型无损检测方法有:计算机辅助超声检测、计算机辅助X射线断层摄影、超声波显微镜法、激光扫描超声波显微镜法(SLAM法)、同步显微聚焦X射线透视、声发射(AE)、表面声波技术(SAW)、热波成像技术、光学显微镜。到目前为止，陶瓷检测所用的方法，除了人工检测以外，基本上就这十二种。超声检测是通过测定反射波变化以达到检测材料内部或表面是否存在缺陷的目的。这种方法特别适用于揭示被检测对象内部的面积型缺陷，如裂纹、分层等。一般情况下难以检测出一百微米以下的裂纹状内部缺陷。由于声音

8、从一种介质进入另一种介质时会有很大的损耗，特别从气体直接进入固体时损耗更大，所以一般在应用超声检测前需要先给