基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统

• 机 构: 南京林业大学
• 出 处: 南京林业大学
• 发表日期: 2024年01期

我国林木可利用资源不足,木材供给量短缺,对木材精加工之前检测其缺陷情况,可有效避免木材浪费,消除安全隐患,传统对木材的超声检测多为接触式,而液体耦合剂会污染木材样品。本文设计基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统,以空气作为超声波传播介质,超声换能器与样品不接触,搭建X-Y丝杆运动扫描平台对样品自动C扫描检测成像,直观反映样品品质情况,有效解决传统木材超声检测存在的问题。首先,本文阐述空气耦合超声波无损检测技术的优势以及国内外研究现状,介绍空气耦合超声波传播特性、检测原理、检测方式及扫描方式,分析脉冲消除技术原理,提出定位脉冲消除方法。其次,设计基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统硬件,包括X-Y丝杆运动扫描平台、核心器件选型、超声波信号发射模块、超声波信号接收模块以及运动控制模块。搭建X-Y丝杆运动扫描平台,STM32主控制器输出第一脉冲和延时奇数倍脉宽的第二脉冲,经分压跟随电路调整两脉冲幅值比,接加法电路组合为双脉冲,变压器放大后激励超声换能器,超声波信号穿透样品过程中经过两次气固介质转换,超声波接收信号微弱且携带大量噪声,经隔直放大滤波,数据采集卡采集信号传输至上位机处理,C扫描由上位机发送参数,主控制器输出控制信号驱动双轴步进电机搭载超声换能器进行扫描检测。再次,设计基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统软件,包括上位机操作界面、串口通信、C扫描电机运动控制、脉冲输出、数据采集、数据处理以及数据成像。上位机和下位机通过串口通信,上位机操作界面发送C扫描参数和扫描控制命令至主控制器开始扫描,当超声换能器到达采样点位置,主控制器输出脉冲,双通道数据采集卡实时采集超声信号,取两通道数据互相关结果幅值作为采样点成像数据,C扫描结束得到全部采样点数据,在上位机操作界面进行彩色成像。最后,实验验证基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统的检测性能,搭建系统环境,测试超声波发射及接收模块各级电路输出,调试数据采集卡及上位机数据处理,确定超声换能器与杉木板待测样品的最佳间距,分别选取带有节子、凹坑及组合缺陷的杉木板,确定双脉冲参数后,选定合适扫描速度及步长,对样品进行C扫描检测,以实物作参照,分析扫描成像结果,表明本系统对样品节子、凹坑及组合缺陷均具有较好检测效果。综上所述,本文设计基于脉冲消除的空耦超声木材缺陷检测系统可成功检测杉木板材中的多种缺陷,系统自动化程度高,检测性能可靠,可实际应用于木材品质检测。