爆破近场振动测试仪的研究

爆破近场振动测试仪的研究

论文摘要

本论文提出利用爆破近场振动信号分析爆破振动波的思路,分析了爆破近场振动信号幅值动态范围大、频带较远场信号宽的特点,提出采集爆破近场振动信号的传感器选型原则,并给出了数据记录仪器的设计方案。根据爆破近场振动信号特点,提出一种循环采样得到多通道相同时间基点的采样策略,将多通道的采样时间基点误差转化为模数转换器的量化误差,并在时域和频域给出其采样准则,确保X、Y、Z三轴的振动信号在同一时刻做矢量叠加。并阐述了在该准则下,模数转换器的分辨率与采样速度的相互关系,给出综合两者的优化策略。针对无时基误差采样策略,提出一种利用李萨如图判定该策略通道间时基误差的方法,仿真了量化误差对李萨如图的干扰。本论文给出爆破近场振动测试仪硬件平台的设计方案,包括传感器选型,模数转换器模块,基于FPGA的微控制单元,存储器框架,电源分配和通信接口。并给出该仪器系统级控制流程。应用表明,该系统适用于采集爆破近场振动信号。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 本课题的研究背景
  • 1.2 爆破振动的研究方法与目标
  • 1.2.1 爆破振动信号的测量
  • 1.2.2 爆破振动信号的处理与预报
  • 1.3 本课题研究的内容
  • 1.3.1 概述
  • 1.3.2 本课题研究的内容
  • 第二章 爆破振动信号特征分析与采集策略
  • 2.1 爆破振动的产生与近场测试的优势
  • 2.1.1 爆炸应力波的产生与传播
  • 2.1.2 爆破振动评估的目的
  • 2.1.3 爆破近场振动测试的优势
  • 2.2 工程爆破振动物理量
  • 2.2.1 振动的动态特性物理量
  • 2.2.2 评估爆破振动的物理量
  • 2.3 工程爆破拾振器原理及选型分析
  • 2.3.1 振动拾振器的力学原理
  • 2.3.2 爆破振动安全评估的磁电速度拾振器
  • 2.3.3 振速拾振器在爆破振动评估的优势
  • 2.3.4 振速拾振器在爆破振动测量的局限
  • 2.4 爆破近场振动拾振器选型与动态特性参数分析
  • 2.4.1 爆破近场振动拾振器的幅频特性
  • 2.4.2 两种振动拾振器的相频特性比较
  • 2.5 多路采样系统的采样策略
  • 2.5.1 分时采样与同步采样的策略
  • 2.5.2 无时基误差的分时采样策略
  • 2.5.3 无时基误差的分时采样策略频域表示
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 爆破近场振动测试仪的硬件实现
  • 3.1 爆破近场振动测试仪
  • 3.2 传感器与信号调理电路
  • 3.2.1 本系统的压电加速度传感器
  • 3.2.2 信号调理电路
  • 3.3 模拟信号的幅值调制与模数转换器的应用
  • 3.3.1 自适应模拟信号幅值调制算法
  • 3.3.2 自适应幅值调制算法流程与矩阵表示
  • 3.3.3 算法的局限与施密特(滞回)式优化
  • 3.3.4 模数转化器与系统的采样策略
  • 3.3.5 ADS8331 在系统中的应用
  • 3.4 数据的存储器与存储结构
  • 3.4.1 系统的数据存储方案
  • 3.4.2 系统存储结构的硬件实现
  • 3.5 NIOSII 软核的 FPGA 控制器
  • 3.6 电源
  • 3.6.1 系统整体电源分配
  • 3.6.2 系统充电电路的硬件实现
  • 3.7 通信接口
  • 3.8 总结
  • 第四章 爆破近场振动测试仪的控制流程
  • 4.1 并行执行的数据采样流程
  • 4.1.1 总述
  • 4.1.2 负延时采样阶段的数据处理
  • 4.1.3 爆破振动信号采样阶段的数据处理
  • 4.1.4 信号阈值判定环节
  • 4.2 系统时序逻辑控制
  • 4.3 系统的控制流程
  • 4.4 总结
  • 第五章 爆破近场振动信号试验数据
  • 5.1 系统对标准正弦信号采样结果
  • 5.2 系统多通道的时基误差测量
  • 5.3 爆破近场振动采集案例
  • 5.4 总结
  • 结论
  • 6.1 爆破振动信号研究表明
  • 6.2 爆破振动信号的采样策略研究表明
  • 附录
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
  • 致谢
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