[发明专利]可调单脉冲应力波定量产生装置及方法

权利要求书

1.一种可调单脉冲应力波定量产生装置，其特征在于，包括：

执行单元，包括相组合的永磁和撞针、套装在撞针下部的复位弹簧、设置在永磁和撞针外围的电磁线圈、设置在撞针下方的缓冲垫；

信号耦合单元，包括应力波耦合器，所述缓冲垫固定在所述应力波耦合器；

智能控制单元，包括依次连接的信号匹配装置、A/D采集芯片、数据缓存器、单片机，所述信号匹配装置与所述信号耦合单元相连接；

驱动单元，包括驱动电路、给驱动电路提供电源的电池，所述驱动电路的输入端连接所述单片机，电压输出端连接所述电磁线圈。

2.根据权利要求1所述的可调单脉冲应力波定量产生装置，其特征在于，所述应力波耦合器装配有校准传感器，所述校准传感器与所述信号匹配装置连接。

3.根据权利要求1所述的可调单脉冲应力波定量产生装置，其特征在于，所述驱动电路为BUCK型开关降压电源电路，其信号输入端接收单片机给出的PWM信号。

4.一种可调单脉冲应力波定量产生方法，步骤包括：

(1)给定一个频域响应特性脉冲freq、和第二次脉冲相对于第一次的比例R，所述所述C为波速，所述L为欲测试样本钻杆的长度；

(2)由智能控制单元计算得出所述freq所需驱动波形参数；

(3)由智能控制单元给出或修正一个驱动脉冲；

(4)通过校准传感器，采集整个应力波的特性；

(5)判决响应特性是否满足需求，如果不满足重复(3)-(5)，满足需求转向(6)；

(6)存取驱动参数，用于下次使用时调用。

5.根据权利要求4所述的可调单脉冲应力波定量产生方法，其特征在于，所述(2)为：

通过对(1)freq的傅里叶逆变换，得出冲击脉冲的理想时域波形，并截主峰的前一个过零点作为主要波形数据，计算理想脉冲的作用宽度T₁；

根据撞针行程计算得t即为T，计算得冲击前的冲量，通过缓冲垫向应力波耦合器传播，撞针在τ时间内速度逐渐变为0，这时调整电磁线圈的电磁驱动力与弹簧的合力为f₁以延缓反弹的时间，使得作为反弹过程的冲量逐渐抵消，使得撞针最终稳定于缓冲垫上；

根据满足所述条件的f、f₁以及力的作用时刻，通过电磁铁的电压到力的转换关系与撞击点弹簧形变产生的反作用力综合作用得到不同时刻点所需的电压。

6.根据权利要求5所述的可调单脉冲应力波定量产生方法，其特征在于，所述(5)为：

分析采集数据的速度波形特性，确保第二次过零点后的最大值不超过第一次峰值的比例R；

对于第二次过零点后的最大值超过第一次峰值的某个比例R调整反弹过程的控制，使得趋于

即对于响应频率过高，通过减小初始冲量的方法，延长τ，并减缓反弹过程的变化，即延缓驱动电压的波动；对于响应频率过低，可以通过增加初始冲量的方法，缩短τ，并加剧反弹过程的变化，即增加驱动电压在反弹过程中的波动。

7.根据权利要求5所述的可调单脉冲应力波定量产生方法，其特征在于，所述(3)为：

通过PWM的占空比D确定降压系数V_OUT＝V_power*D，V_OUT为驱动电路输出的电压，V_power为电池的供电电压，依据(2)的电压时间关系，或者依据(5)判断的差异修正一个电压时间关系，计算得到D(t)的序列，从而由智能控制单元给出或修正一个驱动脉冲。