[发明专利]基于声波的方形木材孔洞缺陷识别系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及木材无损检测技术领域，特别是涉及基于声波的方形木材孔洞缺陷识别系统及方法

背景技术

我国在木材缺陷的无损检测领域已经取得了很快的发展，相继出现许多方法来检测缺陷木材，有利用X射线、微波、核磁共振、超声波、应力波、红外光谱、介电常数以及声波和图像等方法，在这些方法中，X射线具有辐射性，对人体有害；利用微波、核磁共振和红外光谱检测所使用的仪器成本高，携带也不方便；使用超声波检测时需要在被测试件上涂耦合剂；通过应力波和介电常数检测则需要将传感器附贴或钉入木材内部，会造成一定的损坏；而利用声波和图像的方式进行检测便会改善上述问题。目前在木材声波无损检测方面有通过声级计收集声波信号，通过电荷放大器和低通滤波器将数据输入数据采集分析系统，但是这样一套系统显然很庞大，集成度低，而且其数据分析系统只能计算并显示声振特性参数，而不能提取和选择有效特征值进行识别；也有利用FFT分析仪等测试木材的声振特性，虽然能很好地应用于木材强度分等，力学性质测试等方面，但无法做到快捷、准确地识别木材内部缺陷，因此在这方面缺乏一套集成的专用于木材缺陷识别的系统。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于声波的方形木材孔洞缺陷识别系统及方法。能够识别出方形木材孔洞缺陷及其位置。

所采用的技术方案是：基于声波的方形木材孔洞缺陷识别系统及方法，该系统包括：小锤、声波信号采集模块、声波信号处理模块、NiosII处理器、外部存储模块、USB通信模块以及上位机处理模块。

所述的声波信号采集模块驱动接口采用IIC总线接口，数据传输采用SPI总线接口，用于声波模拟信号的收集，AD转换，放大及低频滤波。

所述的声波信号处理模块在FPGA芯片中实现，与声波信号采集模块双向连接，用于接收并缓存声波信号数据，根据采集的声波信号是否大于阈值判别小锤敲击行为是否发生，如果发生则启动DMA将声波信号数据传送给NiosII处理器，否则丢掉数据。

所述的NiosII处理器通过16位总线和8位IO与声波信号处理模块连接，实现DMA数据传输和控制指令传输，同时NiosII处理器通过8位总线与USB通信模块连接，将接受到的数据截断、数据转换并缓存，如果USB通信模块发出通信请求则建立连接，将声波信号数据传输给USB通信模块。

所述的外部存储模块包含EPCS配置存储器和SDRAM，用来存储程序及数据和运行NiosII缓存。

所述的USB通信模块与上位机处理模块以USB总线连接，用来将数字信号数据上传给上位机软件，并进行处理。

所述的上位机处理模块具备时域频域波形显示、数据保存、时域频域特征值提取及采用模糊模式识别方法识别缺陷的功能。

基于声波的方形木材孔洞缺陷识别方法，包括以下步骤：

a)用小锤敲击被测方形木材端部，在另一端采集声波信号，分别对声波信号进行AD转换、放大和低频滤波

b)通过阈值判断启动DMA将信号数据从声波信号处理模块传输给NiosII处理器，然后调用USB通信模块将信号数据传送给上位机处理模块

c)在上位机处理模块中进行时域频域波形显示、保存数据等，然后提取并选择时域和频域特征值，采用模糊模式识别方法识别缺陷

与现有技术相比，本发明的有益效果是能够快捷，方便地检测识别出方形木材孔洞缺陷及其位置，具有无危害、清洁、不损伤被测木材，使用简便，识别率高的优点。

附图说明

图1为本发明的识别系统结构图

图2为本发明的识别方法流程图

具体实施方式

本发明提供了一种基于声波的方形木材孔洞缺陷识别系统及方法，其结构如图1所示，包括小锤、声波信号采集模块、声波信号处理模块、NiosII处理器、外部存储模块、USB通信模块以及上位机处理模块。

声波信号采集模块驱动接口采用IIC总线接口，数据传输采用SPI总线接口，用于声波模拟信号的收集，AD转换，放大及低频滤波。

声波信号处理模块在FPGA芯片中实现，与声波信号采集模块双向连接，用于接收并缓存声波信号数据，根据采集的声波信号是否大于阈值判别小锤敲击行为是否发生，如果发生则启动DMA将声波信号数据传送给NiosII处理器，否则等待。

由NiosII处理器选取采样频率为96KHz，采样点为2048个。