相關專題：
摘 要：提出了一種基于核心處理單元為Altera NiosⅡ的SoPC的智能低應變反射波檢測系統(tǒng)。介紹了低應變反射波檢測法，探討了系統(tǒng)具體的軟硬件設計。系統(tǒng)的主要目的是使復雜電子系統(tǒng)可在單塊FPGA上實現(xiàn)，該系統(tǒng)在基樁完整性檢測中具有廣闊的應用前景，并能通過適當改進，應用于其他工程檢測中。
信息化、自動化、智能化、高集成度已經成為當今工程技術領域的發(fā)展趨勢，并廣泛應用于各個領域�？删幊唐舷到y(tǒng)（SoPC）技術將中央處理器、內存、I/O接口以及大型可編程數字邏輯單元融合到單塊FPGA芯片上，使得整個系統(tǒng)小型化、集成度高、靈活性強、功耗低且成本低廉。
基樁的低應變完整性測試因其簡單易用及較低的成本，被廣泛用于分析和*價基樁的工程建造質量。大多數傳統(tǒng)的低應變樁身檢測儀器都采用獨立的單元：包括信號調制單元、模數轉換器、存儲器、微控制器及其外圍電路和PC104工控機。因此，其很難在功耗、成本及抗噪性上令人滿意。本文提出了一種基于以Altera NiosⅡ軟核處理器為核心單元的SoPC的智能低應變反射波檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件結構包括信號采集單元、存儲器模塊、電源模塊、LCD觸摸屏、USB/UART接口及SoPC模塊Altera CycloneⅡ EP2C8。
1 低應變反射波法簡介
大多數的基樁缺陷檢測都是基于音波回音法，低應變反射波法也不例外。在該方法中，通過直徑4~5 cm的小錘敲擊基樁頂部得到震源。再利用基樁上的加速度計來捕獲記錄加速度的變化情況，進而計算得到速度時間曲線。其示意圖如圖1所示。
圖1中橫坐標為速度，縱坐標為時間。該測試記錄能反映出震源波在樁內的運動情況。根據一維波理論，聲波信號的幅度是一個與基樁阻抗相關的函數。因此，基樁的長度及缺陷的位置便可由式(1)計算得到。
2 系統(tǒng)組成與設計原理
根據上述介紹，不難得知系統(tǒng)設計的關鍵便是獲取低應變反射波的波速及模數轉換器的采樣頻率。整個系統(tǒng)由加速度傳感器、信號采集單元、SoPC模塊、電源模塊及其他外設電路組成，如圖2。
將加速度傳感器按照規(guī)范要求，安裝在樁頭磨好的位置，用黃油等介質進行耦合。用手持小錘進行敲擊后，進入檢測進程。首先由信號采集單元收集加速度傳感器的輸出信號，信號經過與加速度傳感器輸出端并聯(lián)的電阻處理，由電流信號變?yōu)殡妷盒盘�，并通過濾波器處理濾掉高頻噪音后，經模數轉換器捕獲超過閾值電壓的信號，并將轉換后的信號存儲到外部閃存中。最后由控制核心模塊讀取閃存中的數值并進行數據處理，將采集到的反射波形顯示到系統(tǒng)的觸摸顯示屏上。并可通過USB/UART接口，將這些數據傳輸給PC機。
