多通道流体空化监测平台研制

• 作 者: 曹晟辰
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 空化监测平台 主动超声探测 多通道流体 功能模块 水力机械设备

空化与空蚀现象广泛地存在于水力机械设备中,它们常常对水力机械设备造成结构形变、流道材料剥落等不良影响,从而造成其工作效率降低、寿命缩短甚至酿成事故。随着空化研究的深入,空化监测作为研究的热点之一正在逐步向多传感器、多方法融合的方向发展,而嵌入式电子技术在空化监测发展的过程中扮演着重要角色。　　
本文旨在设计并实现一种具有一定通用性的多通道空化监测平台。综合考虑空化监测对应用系统提出的体积、功率、实时性、可扩展性方面的要求,具体工作包含以下三个方面:　　
第一,在硬件设计中,依据模块化思想,设计并实现传感器驱动模块、信号调理模块和信号采集处理与通信模块三部分,为平台的多通道特性和可扩展性建立良好的基础。要点在于实现大功率、低辐射干扰的超声换能器驱动电路、实现高动态范围的超声幅度检波电路以及实现低噪声的信号调理电路和模数转换电路。　　
第二,在软件设计中,一方面基于FPGA实现多通道多采样率的信号采集与缓存;另一方面以OMAPL137多核处理器为核心,设计并优化多核软件框架,提高监测算法的执行效率和可扩展性,具体可分为三部分:DSP子系统上数据搬运和信号处理的并行化、ARM子系统上的多任务管理和多核之间通信协议的设计优化;此外,在上位机实现一个用于显示空化监测结果和命令控制的交互界面。　　
第三,将基于空化声信号的监测方法和基于主动超声探测的监测方法在平台上实现,并在空化实验装置上进行测试,验证平台的各项功能和性能指标。　　
平台最终实现了多种传感器的驱动、信号放大、信号滤波、多通道多采样率数据采集、实时数据处理、网络通信等功能,克服了传统空化监测系统体积大、实时性差、扩展性弱的缺点。不仅可用于空化监测的方法研究、工程应用,而且可胜任其他领域信号采集与处理方面的应用。