專利名稱：抗噪聲墻體空鼓聽診儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測裝置，尤其是涉及一種抗噪聲墻體空鼓聽診儀。
背景技術(shù)：
建筑墻體中空鼓的存在將造成墻面/飾面與主墻體的粘合失效，嚴重影響墻體整 體強度及地面裝修、飾面施工的質(zhì)量，導(dǎo)致滲漏，甚至造成墻面/飾面瓷磚的脫落。因此，墻 體空鼓的檢測是建筑物質(zhì)量檢測與維護的重要環(huán)節(jié)。相對于人工敲擊方法檢測墻體空鼓 存在的主觀隨意性大、準確率低等問題，通過激勵墻體結(jié)構(gòu)振動激發(fā)的聲信號進行空鼓檢 測的聲無損檢測方法提供了一種方便、簡單的空鼓自動檢測手段。如本申請人在公開號為 CN101246146的發(fā)明專利申請?zhí)峁┮环N便攜式墻體空鼓自動檢測儀采用電磁鐵驅(qū)動的鋼球 以敲擊的形式激勵墻體結(jié)構(gòu)的振動。本申請人在公開號為CN101246145的發(fā)明專利申請?zhí)?供一種便攜式墻體空鼓自動檢測儀則采用滑動摩擦的形式激發(fā)振動，但由于在進行建筑檢 測的現(xiàn)場，往往各類施工機械、交通工具、人聲等背景噪聲嚴重，對鋼球敲擊和滑動摩擦激 發(fā)的振動聲信號進行檢測容易受到背景噪聲中類似的脈沖、持續(xù)噪聲的干擾，從而使空鼓 的檢測性能受到很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種準確性較高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本較低的抗噪聲 墻體空鼓聽診儀。 本發(fā)明設(shè)有聲頻換能器、D/A轉(zhuǎn)換器、麥克風、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、輸入裝置和 報警電路。聲頻換能器的輸入端接D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端，D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端接微處理器 的輸出端口，麥克風的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸 入端口 ，輸入裝置的輸出端接微處理器的輸入端口 ，微處理器的輸出端口接報警電路。
所述聲頻換能器可采用稀土材料大磁致伸縮聲頻換能器(簡稱G匪聲頻換能器)， 頻響范圍為220 12000Hz。該換能器可以把音頻信號轉(zhuǎn)化為音頻機械振動激勵輸出給振 動介質(zhì)。大磁致伸縮材料聲頻換能器的工作過程和普通的揚聲器不同。在大磁致伸縮聲頻 換能器中，設(shè)有感應(yīng)線圈和放在感應(yīng)線圈中的大磁致伸縮棒，大磁致伸縮棒的一端被固定， 大磁致伸縮棒的另一端被彈簧托住，被彈簧托住的大磁致伸縮棒的另一端是聲頻換能器的 輻射面。磁致伸縮換能器的工作原理為在大磁致伸縮棒周圍繞以感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在電 流脈沖作用下產(chǎn)生交變磁場，大磁致伸縮棒在交變磁作用下產(chǎn)生長度的變化，當感應(yīng)線圈 中所通交變電流以一定的規(guī)律變化時，大磁致伸縮棒的長度也隨之滿足一定規(guī)律變化。通 過對聲頻換能器的信號輸入控制，就可以控制伸縮棒振動的頻率以及幅度。
所述報警電路可采用LED報警電路。 本發(fā)明進行抗噪聲空鼓檢測的原理是利用聲頻換能器以線性調(diào)頻信號對墻體進 行激勵，墻體空鼓的存在將改變激勵信號的傳播方式對健康墻體，激勵信號能量絕大部分 轉(zhuǎn)化為從墻體反射的信號；對空鼓墻體，墻體空鼓表層部分的彎曲模式振動被激勵，絕大部分激勵信號能量轉(zhuǎn)化為空鼓墻體的彎曲模式振動，并在空鼓腔體內(nèi)多次反射形成嚴重的混 響現(xiàn)象。因此，本發(fā)明通過麥克風采集激勵信號激發(fā)的聲信號并與發(fā)射的線性調(diào)頻信號進 行拷貝相關(guān)處理，從健康墻體反射的振動信號將具有尖銳的相關(guān)峰；而由于多次反射形成 混響，空鼓墻體彎曲振動信號將會導(dǎo)致多個連續(xù)分布的相關(guān)峰。本發(fā)明根據(jù)獲取的拷貝相 關(guān)曲線相關(guān)峰的分布模式來判斷墻體是否存在空鼓。 本發(fā)明使用了一種稀土大磁致伸縮材料(簡稱G匪)聲頻換能器，其頻響范圍為 220 12000Hz，能夠?qū)⑤斎氲碾娏髅}沖轉(zhuǎn)化為機械聲波。磁致伸縮換能器工作原理為在 周圍繞以感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈在電流脈沖作用下產(chǎn)生交變磁場，大磁致伸縮棒在交變磁作 用下產(chǎn)生長度的變化，當線圈中所通交變電流以一定的規(guī)律變化時，大磁致伸縮棒的長度 也隨之滿足一定規(guī)律變化。通過對聲頻換能器的信號輸入控制，就可以控制伸縮棒振動的 頻率以及幅度。G匪聲頻換能器的磁致伸縮前端連接輻射面，將輻射面與墻體良好耦合。以 便于在激勵電信號作用下，換能器輻射面的機械波能夠充分對受測墻體進行激勵。
本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點 1)本發(fā)明利用聲頻換能器以線性調(diào)頻信號激勵墻體，并利用相關(guān)檢測原理進行空
鼓的抗噪聲自動檢測，無需依賴操作者的主觀判斷。 2)結(jié)構(gòu)簡單、成本低。 3)聽診式檢測，使用方便、可靠。 4)具有很好的抗噪聲性能，可抗強背景噪聲。 至今未見國內(nèi)外有相同或相似工作原理的抗噪聲空鼓聽診儀器的報道。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。 圖2為本發(fā)明實施例的聲頻換能器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)音頻輸出輸入接口電路組成原理圖。 圖4為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)按鍵、LED報警輸出接口電路圖。 圖5為正常及空鼓墻體的時域波形和相關(guān)分析圖。在圖5中，(a)為空鼓信號波形 圖，(b)為空鼓信號相關(guān)分析圖，(c)為正常墻體波形圖，(d)為正常墻體信號相關(guān)分析圖； 橫坐標為時間t/ms，縱坐標為歸一化幅度值。
圖6為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)軟件框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明實施例設(shè)有聲頻換能器1、D/A轉(zhuǎn)換器2、麥克風3、A/D轉(zhuǎn)換器 4、微處理器5、輸入裝置6和報警電路7。聲頻換能器1的輸入端接D/A轉(zhuǎn)換器2的輸出 端，D/A轉(zhuǎn)換器2的輸入端接微處理器5的輸出端口，麥克風5的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器4的 輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器4的輸出端接微處理器5的輸入端口 ，輸入裝置6的輸出端接微處理器 5的輸入端口，微處理器5的輸出端口接報警電路7。輸入裝置6可采用鍵盤。所述報警電 路器可采用LED報警電路。 參見圖2，所述聲頻換能器可采用甘肅天星稀土功能材料有限公司生產(chǎn)的B9稀土 材料大磁致伸縮聲頻換能器(簡稱G匪聲頻換能器)，頻響范圍為220 12000Hz。該換能器可以把音頻信號轉(zhuǎn)化為音頻機械振動激勵輸出給振動介質(zhì)。大磁致伸縮材料聲頻換能器 的工作過程和普通的揚聲器不同。在大磁致伸縮聲頻換能器中，設(shè)有感應(yīng)線圈ll和放在感 應(yīng)線圈11中的大磁致伸縮棒12，大磁致伸縮棒12的一端被固定，大磁致伸縮棒12的另一 端被彈簧(在圖2中未畫出)托住，被彈簧托住的大磁致伸縮棒12的另一端是聲頻換能器 的輻射面13。磁致伸縮換能器的工作原理為在大磁致伸縮棒12周圍繞以感應(yīng)線圈11，感 應(yīng)線圈ll在電流脈沖作用下產(chǎn)生交變磁場，大磁致伸縮棒12在交變磁作用下產(chǎn)生長度的 變化，當感應(yīng)線圈11中所通交變電流以一定的規(guī)律變化時，大磁致伸縮棒12的長度也隨之 滿足一定規(guī)律變化。通過對聲頻換能器的信號輸入控制，就可以控制伸縮棒12振動的頻率 以及幅度。 聲頻換能器的大磁致伸縮棒12前端連接輻射面13，將輻射面13與墻體A(參見圖 1)良好耦合，以便于在激勵電信號作用下，聲頻換能器輻射面13的機械波能夠充分對受測 墻體A進行激勵。 麥克風可采用SG0FM6022P-C型全向型振膜式駐極體麥克風，相關(guān)性能數(shù)據(jù)如下 指向性全向； 阻抗低阻； 電流消耗Max 500mA《0. 5mA ; 工作電壓1. 5 10V ; 靈敏度變化電壓變化1. 5V在3dB以內(nèi)； 信噪化^54dB。 本發(fā)明的信號處理部分(包括D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器等)借助線性調(diào)頻信號的 尖銳相關(guān)特性，采用實現(xiàn)方便的拷貝相關(guān)處理進行聲信號的抗噪聲特征提取，檢測相關(guān)曲 線中相關(guān)峰的分布程度，具體工作原理為微處理器產(chǎn)生線性調(diào)頻信號送入D/A轉(zhuǎn)換器用 于驅(qū)動聲頻換能器激勵墻體，麥克風接收到的振動聲信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集后進入 微處理器進行拷貝相關(guān)處理(與線性調(diào)頻發(fā)射信號)，微處理器對相關(guān)曲線的相關(guān)峰進行 分布程度檢測，根據(jù)檢測結(jié)果判斷是否存在空鼓并通過LED輸出檢測結(jié)果。
實施例硬件平臺采用廣州友善之臂計算機有限公司生產(chǎn)的mini2440開發(fā)板，該 板采用Samsung S3C2440為微處理器，支持WindowsCE. net 5. 0版本。該平臺核心板包括 S3C2440A微處理器、64M SDRAM、64M閃存以及實現(xiàn)音頻輸出輸入、10接口的擴展接口 。開 發(fā)板采用菲利普公司的UDA1341音頻編解碼芯片實現(xiàn)音頻信號輸出輸入，其中音頻輸出接 口接聲頻換能器信號輸入端用于輸出激勵信號、開發(fā)板音頻輸入接口接麥克風用于振動信 號前置處理及模數(shù)轉(zhuǎn)換采集。 圖3給出本發(fā)明實施例的系統(tǒng)音頻輸出輸入接口電路組成原理圖。具體方法是 通過將UDA1341的I2S接口的4個腳(WS， BCK， DATAI， DATAO)與S3C2440的I2S總線腳 (IISLRCLK， IISCLK， IISDI， IISDO)直接相連，用來傳輸音頻數(shù)據(jù)流；將S3C2440的CDCLK時 鐘線與UDA1341的SYSCLK腳連接，用來為音頻碼流提供同步時鐘；將UDA1341的L3總線腳 (L3M0DE，L3CL0CK，L3DATA)與S3C2440的L3總線腳(L3M0DE，L3CL0CK，L3DATA)連接，通過 軟件就可寫入或讀出UDS1341芯片的控制或狀態(tài)信息。 同時，S3C2440處理器的通用輸出輸入口 GPIO的GPGO端口接入按鍵用于控制檢 測開始，GPGO在開發(fā)板上由CONl. l(開發(fā)板CONl接線口端口第一腳)引出。S3C2440處理器的GPIO 口也直接與接紅、綠LED連接用于顯示墻體檢測結(jié)果，其中GPG3連接紅LED燈 LED1，GPG3在開發(fā)板上由C0N1.2(開發(fā)板C0N1接線口端口第2腳)引出;GPG5連接綠LED 燈LED2， GPG5在開發(fā)板上由C0N1.3(開發(fā)板C0N1接線口端口第3腳)弓|出。系統(tǒng)按鍵、 LED報警輸出的接口電路如圖4所示(在圖4中，標記K為開關(guān))。 本發(fā)明采用的聲頻換能器激勵信號為線性調(diào)頻信號。當聲頻換能器作用于正常墻 體時，此時墻體表面的彎曲振動無法被激發(fā)，因此，聲頻換能器輻射面的振動能量不能滲透 到墻體內(nèi)部，此時麥克風采集到的聲信號實際為墻體反射的振動聲波(如圖5(c)所示)，對 接收信號做拷貝相關(guān)可得到尖銳的相關(guān)峰(如圖5(d)所示)；當聲頻換能器作用于有空鼓 墻體時，由于空鼓的存在換能器激勵信號激發(fā)墻體表面部分的彎曲模式振動，彎曲振動發(fā) 出的聲音在空鼓腔內(nèi)多次反射形成混響，此時麥克風采集到的聲信號是經(jīng)過空鼓腔內(nèi)多次 無規(guī)迭加之后形成的聲信號(如圖5(a)所示)，由于線性調(diào)頻信號極高的時間分辨率，對接 收信號做拷貝相關(guān)后可得到反映了多次反射過程的相關(guān)峰群(如圖5(b)所示)。因此，借 助接收信號的拷貝相關(guān)曲線可以好地檢測墻體空鼓是否存在。同時，由于相關(guān)運算具有很 高的抗噪聲性能，本處理方法可工作于較強的背景噪聲條件下。 系統(tǒng)的工作過程為首先進行初始化，包括生成發(fā)射用的線性調(diào)頻信號并存入數(shù) 組s(i)(采用的線性調(diào)頻信號頻率范圍為2 6kHz，脈沖寬度10ms，采樣率22. 05kHz)、設(shè) 置UDA1341音頻編解碼芯片的音頻輸出、輸入?yún)?shù)(采樣率22.05kHz，采樣位數(shù)16bit);
然后系統(tǒng)進入等待按鍵狀態(tài)， 一旦檢測到按鍵就開始進入檢測過程，把線性調(diào)頻 信號s(i)送入開發(fā)板音頻發(fā)射端口用于輸出聲頻換能器激勵信號，同時啟動開發(fā)板音頻 輸入口開始通過麥克風采集20ms信號，采集得到的信號存入數(shù)組r (i)后程序進入信號處 理部分，利用發(fā)射信號s(i)和r(i)進行相關(guān)運算，獲取相關(guān)曲線并進行歸一化處理后存入 數(shù)組R(i); 在程序的識別部分，程序通過對相關(guān)曲線數(shù)組R(i)進行最大值搜索獲取主相關(guān)
峰峰值A(chǔ)。及峰值點時刻1。，獲取了主相關(guān)峰信息后程序統(tǒng)計峰值點時刻1。后5ms范圍內(nèi)大
于O. 75A。的相關(guān)副峰個數(shù)M，程序利用M來衡量前面分析的相關(guān)曲線相關(guān)峰分布情況如果
M> 3則判別為空鼓信號，程序通過端口控制LED紅燈亮3s ;如果M〈 3則判別為正常墻體
信號，程序通過端口控制LED綠燈亮3s。 LED燈顯示檢測結(jié)果后程序重新進入等待按鍵狀
態(tài)等待下一次操作。 系統(tǒng)軟件框圖如圖6所示。
權(quán)利要求
抗噪聲墻體空鼓聽診儀，其特征在于設(shè)有聲頻換能器、D/A轉(zhuǎn)換器、麥克風、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、輸入裝置和報警電路。聲頻換能器的輸入端接D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端，D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端接微處理器的輸出端口，麥克風的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端接微處理器的輸入端口，輸入裝置的輸出端接微處理器的輸入端口，微處理器的輸出端口接報警電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的抗噪聲墻體空鼓聽診儀，其特征在于所述聲頻換能器采用稀土 材料大磁致伸縮聲頻換能器。
3. 如權(quán)利要求1所述的抗噪聲墻體空鼓聽診儀，其特征在于所述報警電路為LED報警 電路。
全文摘要
抗噪聲墻體空鼓聽診儀，涉及一種檢測裝置。提供一種準確性較高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本較低的抗噪聲墻體空鼓聽診儀。設(shè)有聲頻換能器、D/A轉(zhuǎn)換器、麥克風、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器、輸入裝置和報警電路。聲頻換能器輸入端接D/A轉(zhuǎn)換器輸出端，D/A轉(zhuǎn)換器輸入端接微處理器輸出端口，麥克風輸出端接A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器輸出端接微處理器輸入端口，輸入裝置輸出端接微處理器輸入端口，微處理器輸出端口接報警電路。利用聲頻換能器以線性調(diào)頻信號激勵墻體，并利用相關(guān)檢測原理進行空鼓的抗噪聲自動檢測，無需依賴操作者的主觀判斷。結(jié)構(gòu)簡單、成本低。聽診式檢測，使用方便、可靠。具有很好的抗噪聲性能，可抗強背景噪聲。
文檔編號G01N29/36GK101776647SQ20091011313
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者周勝勇, 王德詳, 童峰, 許肖梅 申請人:廈門大學(xué)