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耐火砖内部缺陷检测方法研究与系统开发

作　者: 孟庆宇
导　师: 贾明兴
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 耐火砖敲击声音缺陷检测 Fisher判别式分析数字信号处理器
分类号: TQ175.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要

随着高温工业技术的进步和发展,对于其辅助耐火材料质量的要求也越来越高。尤其是在钢铁冶金行业大量应用的烧结耐火砖,其质量和寿命直接关系到钢铁冶金行业的安全生产和经济效益。耐火砖生产工艺已经比较成熟,而耐火砖的内部缺陷检测技术水平却一直没有太大的发展,至今为止,绝大多数耐火砖生产厂家的检测方法比较落后。本文采用敲击法来检测耐火砖内部质量缺陷。通过耐火砖的敲击声音自动判断耐火砖内部是否存在缺陷,并进一步区分缺陷类别。为了检测耐火砖内部缺陷,需要从敲击声音信号中获得有用的数据信息。首先设计了FIR滤波器,滤掉信号中的现场噪声,然后采用短时能量和短时平均过零率双门限比较法将真正的敲击信号提取出来。为了从信号中得到耐火砖内部特征的信息,采用Welch方法估计其功率谱。将功率谱峰值点的频率和幅值信息提取出来,作为后期处理的特征数据。上述处理方法具有运算速度快,存储要求低的特点。以特征数据作为进一步分析的基础数据,本文提出基于Fisher判别式分析的耐火砖内部缺陷检测方法,通过分析发现Fisher判别式分析方法在耐火砖内部缺陷检测应用存在不足,也就是正常类主导了特征值的分解,使缺陷类之间区分不明显。针对上述情况提出采用PCA-FDA混合模型方法对耐火砖内部缺陷进行检测,利用现场采集的数据进行仿真研究,得到较好的缺陷检测和诊断效果,说明该方法可以应用到实际检测系统中。数字信号处理器(DSP)有强大信号处理能力,完全可以胜任在线检测任务。本文设计了一个基于TMS230VC5509A DSP的耐火砖内部缺陷检测系统。根据检测实际需要选择器件,确定模块与功能划分,并设计各个模块的电路接口,完成原理图与PCB版图的绘制以及硬件制作。将理论研究阶段的各个处理算法编写成C语言子程序,设计主程序使系统在无操作系统下合理调度各个子程序,并利用键盘和LCD显示屏进行人机交互。耐火砖内部缺陷检测系统运行稳定、快速、操作简单、功能完备,完全满足耐火砖内部缺陷在线检测的需要。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 耐火砖生产概述  11-16
    1.1.1 耐火材料介绍  11-12
    1.1.2 耐火砖生产工艺  12-15
    1.1.3 耐火砖内部缺陷检测现状及市场需求  15-16
  1.2 DSP概况及其在声音识别领域的应用  16-17
  1.3 课题的提出  17
  1.4 研究内容  17-19
第2章耐火砖内部缺陷检测敲击声音数据获取  19-31
  2.1 声音检测技术  19
  2.2 敲击声音数据获取流程  19-20
  2.3 敲击声音信号的采集  20-22
  2.4 敲击声音信号的预处理  22-27
    2.4.1 基于FIR的敲击声音信号滤波  22-24
    2.4.2 基于双门限比较法的敲击信号端点检测  24-27
  2.5 敲击声音特征信息提取  27-29
  2.6 本章小结  29-31
第3章基于FDA的耐火砖内部缺陷检测方法  31-47
  3.1 基于聚类分析的样本数据分类  31-33
  3.2 Fisher判别式分析(FDA)  33-36
    3.2.1 FDA的基本原理  33-36
    3.2.2 样本归类判别准则的确定  36
  3.3 运用FDA方法对耐火砖内部缺陷进行检测  36-39
  3.4 改进的FDA方法  39-41
  3.5 基于PCA-FDA的耐火砖内部缺陷检测方法  41-46
    3.5.1 主元分析(PCA)的基本原理  41-43
    3.5.2 运用PCA-FDA方法对耐火砖内部缺陷进行检测  43-46
  3.6 本章小节  46-47
第4章耐火砖内部缺陷检测系统硬件设计  47-61
  4.1 系统设计的整体方案  47-48
  4.2 声音处理部分硬件实现  48-53
    4.2.1 TMS320VC5509A芯片介绍  48-49
    4.2.2 多通道缓冲串口McBSP  49-50
    4.2.3 I~2C总线  50-52
    4.2.4 语音编解码芯片电路的设计  52-53
  4.3 外部存储器扩展  53-55
    4.3.1 TMS320VC5509A与SDRAM接口实现  53-54
    4.3.2 TMS320VC5509A与FLASH接口实现  54-55
  4.4 辅助器件硬件实现  55-59
    4.4.1 电源电路设计  55-57
    4.4.2 时钟设计  57
    4.4.3 异步串行通信电路设计  57-59
  4.5 设计PCB板的一些问题及解决方案  59-60
  4.6 本章小结  60-61
第5章耐火砖内部缺陷检测系统软件设计  61-81
  5.1 DSP集成开发环境CCS2.0概述  61-63
  5.2 软件总体设计  63-65
  5.3 DSP主程序和初始化程序模块  65-71
    5.3.1 主程序  65-67
    5.3.2 系统时钟初始化  67
    5.3.3 SDRAM初始化  67-68
    5.3.4 定时器初始化  68-69
    5.3.5 AIC23初始化  69-71
  5.4 中断服务程序  71-73
  5.5 数据分析处理程序  73-77
  5.6 LCD显示程序  77-79
  5.7 本章小结  79-81
第6章结论与展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
攻读硕士期间发表论文  89

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