相关专题：
摘 要：提出了一种基于核心处理单元为Altera NiosⅡ的SoPC的智能低应变反射波检测系统。介绍了低应变反射波检测法，探讨了系统具体的软硬件设计。系统的主要目的是使复杂电子系统可在单块FPGA上实现，该系统在基桩完整性检测中具有广阔的应用前景，并能通过适当改进，应用于其他工程检测中。
信息化、自动化、智能化、高集成度已经成为当今工程技术领域的发展趋势，并广泛应用于各个领域。可编程片上系统（SoPC）技术将中央处理器、内存、I/O接口以及大型可编程数字逻辑单元融合到单块FPGA芯片上，使得整个系统小型化、集成度高、灵活性强、功耗低且成本低廉。
基桩的低应变完整性测试因其简单易用及较低的成本，被广泛用于分析和*价基桩的工程建造质量。大多数传统的低应变桩身检测仪器都采用独立的单元：包括信号调制单元、模数转换器、存储器、微控制器及其外围电路和PC104工控机。因此，其很难在功耗、成本及抗噪性上令人满意。本文提出了一种基于以Altera NiosⅡ软核处理器为核心单元的SoPC的智能低应变反射波检测系统。该系统的硬件结构包括信号采集单元、存储器模块、电源模块、LCD触摸屏、USB/UART接口及SoPC模块Altera CycloneⅡ EP2C8。
1 低应变反射波法简介
大多数的基桩缺陷检测都是基于音波回音法，低应变反射波法也不例外。在该方法中，通过直径4~5 cm的小锤敲击基桩顶部得到震源。再利用基桩上的加速度计来捕获记录加速度的变化情况，进而计算得到速度时间曲线。其示意图如图1所示。
图1中横坐标为速度，纵坐标为时间。该测试记录能反映出震源波在桩内的运动情况。根据一维波理论，声波信号的幅度是一个与基桩阻抗相关的函数。因此，基桩的长度及缺陷的位置便可由式(1)计算得到。
2 系统组成与设计原理
根据上述介绍，不难得知系统设计的关键便是获取低应变反射波的波速及模数转换器的采样频率。整个系统由加速度传感器、信号采集单元、SoPC模块、电源模块及其他外设电路组成，如图2。
将加速度传感器按照规范要求，安装在桩头磨好的位置，用黄油等介质进行耦合。用手持小锤进行敲击后，进入检测进程。首先由信号采集单元收集加速度传感器的输出信号，信号经过与加速度传感器输出端并联的电阻处理，由电流信号变为电压信号，并通过滤波器处理滤掉高频噪音后，经模数转换器捕获超过阈值电压的信号，并将转换后的信号存储到外部闪存中。最后由控制核心模块读取闪存中的数值并进行数据处理，将采集到的反射波形显示到系统的触摸显示屏上。并可通过USB/UART接口，将这些数据传输给PC机。
