基于MEMS加速度计的混凝土内部缺陷检测系统.pdf

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1、2011年第30卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)117基于MEMS加速度计的混凝土内部缺陷检测系统李剑，姚金杰，胡宁博，张波涛(中北大学电子测试技术国家重点实验室，山西太原030051)摘要：针对冲击回波法进行混凝土内部缺陷检测时，传统的单点有线检测方式存在精度低、检测复杂的问题，提出了一种基于MEMS三轴加速度计的快速检测算法，同时搭建了相应的硬件系统。该系统节点采用MEMS加速度计作为拾振器，利用FPGA作为无线传感器网络节点的控制核心，通过2．4

2、GHzISM频段与上位机进行无线通信。经实验测试，系统能够快速有效检测材料内部缺陷，并对缺陷位置的定位精度比传统单点有线检测设备提高了13．3％，在无损检测领域具有重要的工程应用价值。关键词：MEMS三轴加速度计；信号采集；混凝土中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)04-0117-03ConcreteinternaldefectswirelessdetectionsystembasedonMEMSaccelerometerLIJian，YAOJin-jie，HUNing—bo，

3、ZHANGBo—tao(StateKeyLaboratoryforElectronicTestingTechnology，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：AfastdetectionalgorithmbasedonMEMSthreeaccelerometerispresentedandcorrespondinghardwaresystemisbuihup，aimingattheproblemsoflowaccuracy，complexdetect

4、ionexistsinthetraditionalsinglepointcabledetectionmode．MEMSaccelerometeriSusedasvibrationsensor．theFPGAiSusedaswirelesssensornetworknodecontrolcoreinthissystem．By2．4GHzband，itwirelesscommunicatewithuppercomputer．Theexperimentshowsthatthissystemcanquicklyandeffe

5、ctivelydetectmaterialinternalflawsandprecisionofdefectingpositionisincreasedby13．3％thantraditionalsinglepointcabletestingequipment．Keywords：MEMSthree—axisaccelerometers；dataacquisition；concrete0引言针对上述问题，本文提出利用MEMS三轴加速度计拾冲击回波法指在介质表面施加一个瞬时冲击，产生应取振动信号，并采用多节点无线方式搭建

6、无线无损检测系力脉冲波(主要是纵波)传人介质内部，被介质内部缺陷统。(孔洞、蜂窝、分层)反射到介质表面，引起结构表面质点的1三轴加速度计检测原理振动，继而通过提取质点的振动信息，并以此判断混凝土的利用三轴加速度计进行混凝土内部裂缝检测原理如内部缺陷。冲击回波法具有测试方便、成果直观准确等图l所示。优点，被认为是一种有效的探测机件内部缺陷和厚度的无损检测方法J。目前，利用冲击回波法进行无损检测，多数利用单个位移传感器或单轴加速度计拾取冲击回波的振幅信息(位移)，利用振幅一频率关系计算材料的内部缺陷(孔洞、蜂窝、分层)。

7、由于回波振动幅度小，方向性强，传播时径向干扰较大，因此，利用上述单节点有线方式进行检测时必图l三轴加速度计检测原理图然存在误差。Fig1Principlediagramofthree-axisaccelerometerdetection收稿日期：20112_22基金项目：国家电子测试重点实验室基金资助项目(9140C1204051010)l18传感器与微系统第3O卷以节点i，节点为例，设裂缝点为(，Y，)，当敲击混凝土表面时，应力波传播到其内部，如果其内部存在缺陷(孔洞、蜂窝、分层)，必然出现波的反射、折射J。由于P

8、波传播速度最快，方向与波的传播方向一致，同时考虑到径向干扰，因此，利用传感器接收到的第一个反射回波即P波计算机进行定位。设节点i采集到的P波加速度为(_d一aa)，为方图2系统总构架位角，为俯仰角Fig2Overallframeworkofsystem石=0i+ny+Ⅱ≈(1)ADXL345和NRF2401的自定义控制IP核，为了解决传感ayx