水射流切割信号特征分析系统的搭建

　　高压水射流切割由于具有切割能力强,切割温度效应小,切割安全性高等优点,目前已经广泛应用在钢材、混凝土和岩石等各种材料的切割。在实践中,高压水射流参数对高压水射流的切割质量有着很大的影响。因此,确定最优高压水射流参数,是提高高压水切割质量的基础。我们在研究高压水射流切割质量的过程发现,不同水射流参数下,水射流切割产生的声音特征不同。能否提取高压水射流切割过程产生的声音,通过声音特征的不同,来确定最优水射流切割参数,实现切割的最佳效能?为此,开发了基于Labview和matlab的高压水射流切割声音信号采集系统。

　　1 实验系统的设计原理

　　声音信号采集系统由水射流切割作业系统、声音信号提取系统和软件分析系统三部分构成。

　　一是水射流切割作业系统用于设定水射流参数,以便形成不同的切割声音;

　　二是声音信号主要是包含频率和时间两个参数,这两个参数可以通过传声器和BNC10S多功能接口盒测得。此时得到的信号是模拟信号,这种信号在进入虚拟仪器系统之前,必须通过数据采集开进行模/数转化,从而完成信号的获取;

　　三是软件分析系统是将数据采集卡采集到的声音信号在人机界面上显示和存储。在实际过程中实验人员只需通过友好的图形化界面和工具包实现对被测信号的采集、分析、显示、存储和判断。

　　2 实验系统的总体设计

　　由图1可知,我们首先设定不同的水射流参数形成切割声音信号,然后通过声音传感器将水射流切割声音信号采集起来,此时由传感器采集来的信号为模拟信号,但是计算机只能识别数字信号,所以通过采集卡将模拟量转化为计算机可识别的数字量,然后在计算机中对通过软件程序对采集到的信号进行分析处理。

　　3 硬件组成

　　3.1 高压水射流发生装置

　　该系统由磨料射流发生装置、磨料筛分与罐装装置、切割工作台、数控系统以及切割喷头等构成。如图2所示。(图略)

　　这套系统的工作特点是:从泵站出来的高压水,一股通往磨料罐的上部;一股通往混合室。到达磨料罐上部的高压水,由于磨料向下流的速度很慢,因此基本上是以静压形式作用在磨料上,磨料在静水压力和自重的联合作用下通过供料阀进入混合室。经节流阀流入混合室的高压水流,在混合室与磨料与均匀混合后,经管路至喷嘴喷出,形成速度极高的射流束。磨料的供给量可通过节流阀调节进入混合腔的水量而进行调节。

　　3.2 声音传感器

　　本设计选用的是杭州爱华仪器有限公司的测试传声器14423。它由相互紧靠着的后极板和绷紧的金属膜片所组成,后极板和膜片在电气上互相绝缘,构成以空气为介质的电容器的两个电极。两电极上加有电压(极化电压200V或28V),电容器充电,并贮存电荷。当声波作用在膜片上时,膜片发生振动,使膜片与后极板之间距离变化,电容也变化,于是就产生一个与声波成比例的交变电压信号,送到后面的前置放大器。现在,预先驻有电荷的予极化测试电容传声器已得到广泛应用,它不需要另加极化电压,使设备更加简单,而且防潮性能好。