火害探傷檢測系統韌體雛型研發與整合

本研究開發之火害探傷檢測系統韌體雛型主要以三大硬體設備 所組成，如圖 4.1 第一部分為超音波之激發儀器、激發探頭及接收探 頭；第二部分為訊號擷取系統( Data acquisition , DAQ )，用以擷取完 整之波型訊號，並且搭配降壓器以免超音波激發過程產生過高電壓導

143

第一項 使用硬體整合

依上述韌體開發所使用三大硬體設備說明如下：

(1) 超音波激發儀器

超音波激發儀器採用俄國製 UK-1401 乾點接觸式低頻超音波脈 衝儀，如圖 4.2(a)所示，其優點為量測時不需塗抹藕合劑；且超音波 探頭為點接觸式，相較於傳統面接觸式超音波探頭，對於待測試體表 面的不平整有較高之接受性，其可量測發射波至接收波時間範圍在 15~150 μs，可量測波速範圍為 1000 至 9990 m/s，量測距離限制為 50~250 mm，而該設備附有兩組不同頻率之發射與接收探頭分別為 50 kHz 之剪力波探頭及 100 kHz 壓力波探頭(如圖 4.2(b)(c))。

(a)

(b) 壓力波探頭 脈衝頻率 100 kHz

(c) 剪力波探頭 脈衝頻率 50 kHz 圖 4.2 UK-1401 乾點式超音波脈衝儀與壓、剪力波探頭

144

(2) 訊號擷取器

超音波之激發與接收以 Pico Technology 所出產之 USB DAQ (PicoScope 4224)為訊號擷取系統之建置，如 圖 4.3 所示。 型號 PicoScope 4224 具有 USB 2.0 之傳輸接頭，2 個接收頻道及 12 位元之 訊號採集解析，32 MS 緩衝記憶體，支援 80MS/s 速度之同步採樣，

適合本研究韌體研發之資料擷取系統建置之硬體設備。

圖 4.3 PicoScope 4224 訊號擷取器 (資料來源：

https://www.picotech.com/oscilloscope/4224-4424/picoscope-4224-4 424-overview )

145

(3) 人機介面顯示面板

以 Getac 所產之強固式平板電腦為人機介面之顯示面板，作為資 料運算、結果顯示與輸出之平台，如圖 4.4 所示。其可攜式與防震耐 摔之設計，適合於於火害現場操作。

圖 4.4 Getac強固式平板電腦

(資料來源：https://tw.getacgroup.com/solution/)

146

第二項 檢測系統研發

韌體之檢測系統研發以超音波波形擷取、濾波、到達時間計讀、

Vs、Vp 與最高溫度、強度折減自動求算說明之。

(1) 超音波波形擷取

系統研發首先擷取超音波訊號進行分析，以壓克力塊測試超音波 之波形擷取如圖 4.5 所示。圖中下方波為激發端之波形，上方波為接 收端之波形。

圖 4.5 超音波訊號擷取圖

(2) 濾波

所擷取之接收端訊號需進行濾波以能正確判讀剪、壓力波到達時 間，進而求取 Vs 與 Vp。本研究所開發之濾波工具如圖 4. 6 所示。圖 中綠色波形為原始之訊號，經濾除雜訊後顯示如圖中之紅色波形。

接收端之波形

激發端之波形

147

圖 4. 6 濾波系統 (3) 到達時間求取與Vs、Vp求算

濾波完成後，程式自動求取到達時間並依所輸入之探頭間距求算 Vs、Vp，並將結果顯示於操作面板。

(4) 最高溫度與強度折減

以所求得之 Vs、Vp，對應圖 4.7 之研究成果，即可得最高溫度 及強度折減，並顯示結果於操作面板。

148

圖 4.7 超音波量測歷年 (104-107 年度)成果 第三項 人機操作介面

火害探傷韌體之人機操作介面如圖 4. 8、圖 4.9 與圖 4.10 所示，

分有量測(Measure)、分析(Analyze)及基本設定(TouchPAD)頁面。檢 測之初需於基本設定頁面進行相關設定，包括觸發頻道選取、擷取持 續時間、預先觸發時間、擷取速率、門檻值等(圖 4.10)，之後將火場 資訊登入(圖 4. 11)，便可進入量測頁面進行量測(圖 4. 8)，而所得之 觸發端與接收端之訊號將顯示於面板上，並將濾波結果顯示於分析頁 面且自動計算 Vs、Vp、最高溫度(T)與強度折減(S)，進而即時顯示結 果如圖 4.9 所示。

149

圖 4. 8人機操作介面之量測頁面

圖 4.9 人機操作介面之分析頁面

量

測

結

果

150

(資料來源：本研究整理)

圖 4.10人機操作介面之設定頁面

圖 4. 11人機操作介面之現場資料登入頁面

151