论文摘要
众所周知,木材是一种与金属材料不同的具有各向异性特点的生物质材料,因此木材的无损检测技术面临着比金属材料更大的挑战。声学检测技术的历史悠久,是一种传统有效的质量检测方法,尤其适合于检测产品内部质量,其中尤以敲击法具有操作简便、经济实用等特点而得以广泛使用。随着可编程逻辑器件(FPGA)技术的发展,木材无损检测系统的设计与实现也变得经济可行。本文以实现木材孔洞缺陷的识别为研究目的,设计开发出一套基于FPGA技术的木材孔洞缺陷识别系统,该系统使用摆锤敲击木材,使木材振动发声,通过信号采集系统采集木材的声脉冲响应信号,利用支持向量机分类器判断木材内部是否存在孔洞缺陷,并进一步判断孔洞位置。相比于其他无损检测技术如工业CT、红外热像等,该系统的成本低,使用方便,在传感器与被测木材之间不需任何的耦合剂,不会对人体造成任何危害。该系统的开发为木材无损检测设备的产品化做出了探索和铺垫。本文首先,对国内外常用的木材无损检测技术进行了简要介绍,重点介绍了本系统所应用的声学检测法的应用现状,并明确了本文所要进行的主要工作。其次,根据木材孔洞缺陷识别系统的功能需要,对系统开发所应用的基本理论与技术进行了介绍。其中包括数据采集基本理论、FPGA技术以及数据处理部分的支持向量机算法等。再次,对采集系统的硬件电路进行了设计,包括FPGA系统模块、声信号采集模块、USB通信模块。根据设计出的电路原理图,完成了对FPGA系统模块、声信号采集模块、USB通信模块的PCB绘制。利用SOPC技术对系统进行了软硬件的开发。对系统的各功能模块进行了设计,并构建了SOPC的系统平台。然后利用NiosⅡ进行软件程序的调试,最终验证系统的功能性。最后,在信号采集系统正常工作的基础上,利用Matlab软件将采集到的声脉冲响应信号,分别从时域和频域两方面对数据进行分析和处理,提取相关的统计信息作为识别特征,利用经过参数寻优的层次支持向量机分类器对木材孔洞缺陷的形式进行识别。最终通过实验验证系统的功能性以及可靠性。